М. В. ТИТАРЕНКО,
И. А. НОСКОВ-ДУКЕЛЬСКИЙ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
Допущено
Министерством высшего образования УССР
в качестве учебного пособия для энергетических
и электротехнических специальностей
вузов УССР
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛЬВОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1960

*
В книге рассматривается релейная защита основных эле-
ментов электрических систем: линий передач, генераторов,
трансформаторов, двигателей, шин; при этом учтены требо-
вания «Правил устройства электроустановок», вышедших
в свет в 1957 году.
Учебник предназначается для студентов энергетических
и электротехнических вузов и факультетов специальности
«электрические станции, сети и системы».
Книга может быть использована студентами техникумов,
специализирующимися по релейной защите, а также инжене-
рами и техниками, занимающимися вопросами проектирова-
ния, монтажа и эксплуатации релейной защиты.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс релейной защиты читается в институтах, готовящих
инженеров по специальности «электрические станции, сети
и системы». Содержание книги соответствует учебной про-
грамме этого курса. Вышедшие в свет учебники по релейной
защите написаны в более полном объеме и предназначаются
для инженеров, специализирующихся в области релейной за-
щиты и автоматики (книги А. М. Федосеева и Г. И. Атабеко-
ва), либо в объеме программ для техникумов (книги В. И. Та-
расова и Л. Н. Баптиданова, Н. В. Чернобровова),
При изложении материала приняты во внимание вышед-
шие в свет в 1957 г- «Правила устройства электроустановок»,
новый ГОСТ на условные обозначения, новейшие достижения
отечественной и зарубежной энергетики и техники релейной
защиты.
В книге рассмотрены примеры использования полупровод-
ников и новых элементов в релейной защите, а также приве-
дены схемы защиты линий и машин на оперативном пере-
менном токе.
Объем учебного пособия ограничил количество примеров
расчета релейной защиты и возможность полного рассмотре-
ния наиболее сложных реле и схем защиты.
Релейная защита относится к быстро развивающейся
области техники. Поэтому за время, отделяющее момент
выхода книги в свет от окончания работы над рукописью
произошли некоторые существенные изменения. Так, напри-
мер, вместо описанного в книге реле ЭП-100 сейчас вы-
пускаются реле типа РП-20; реле типа ИДБ-211 сняты с
производства и заменены более совершенными реле типов
РНТ и ДЗТ и т. д. Появились также новые разработки реле
з

и схем защиты. Заводы приступили к изготовлению новых
панелей комплектных защит двигателей, линий и т. д.
Все эти новые материалы не могли войти в книгу и могут
быть взяты из периодической литературы, информации
заводов-изготовителей релейной аппаратуры, материалов
проектных организаций. Следует заметить, что описание
реле, которые в настоящее время сняты с производства,
могут быть полезны, т. к. эти реле широко распространены
в эксплуатации.
Все замечания и пожелания просьба направлять по адре-
су: г. Львов, ул. Университетская 1, Издательство Львовско-
го университета.
Авторы приносят глубокую благодарность профессорам
Г. 3. Сокольницкому, И. И. Гребню, инженерам Н. Л. Сах-
новскому, Г. Г. Гловацкому и Е. Н. Зосиму, которые взяли
на себя труд прочитать рукопись и сделали ряд ценных за-
мечаний.
В настоящей книге главы 1—8 и приложения написаны
М. В. Титаренко, главы 9—12 -|И. А. Носковым-Дукельским.{

Глава первая
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
1-1. Назначение релейной защиты
В связи с широким применением электрической энергии
в различных отраслях народного хозяйства особое значение
приобретают вопросы надежного обеспечения нормальной
работы электрооборудования энергетических систем и потре-
бителей электрической энергии.
В процессе эксплуатации электрических систем возмож-
ны нарушения нормальной работы и повреждения отдельных
элементов оборудования.
Наиболее распространенным видом нарушения нор-
мальной работы электрооборудования является пере-
грузка, вызывающая протекание токов, превышающих но-
минальные значения.
Короткие замыкания представляют собой наибо-
лее тяжелый и распространенный вид повреждений.
Величина тока короткого замыкания зависит от вида и харак-
тера короткого замыкания, мощности и схемы системы, ре-
жима работы нейтралей трансформаторов, удаленности точ-
ки короткого замыкания от генерирующих источников, пара-
метров основного оборудования и токоограничивающих
устройств, продолжительности короткого замыкания, скоро-
сти действия регулирующих и отключающих устройств в
электрической системе и т. д.
Как правило, ток короткого замыкания значительно пре-
вышает номинальный ток установки и может существенно
нарушить нормальную работу электрической системы. Дей-
ствительно, короткое замыкание может привести не только
к повреждению оборудования или элемента, в котором оно
возникло, но и вызвать значительное падение напряжения
и частоты, при которых снижается устойчивость параллель-
ной работы машин. Кроме того, при коротком замыкании
возрастают потребляемые двигателями токи и может прои-
5

зойти отключение ряда потребителей, увеличиваются потери
энергии во всех элементах электрической системы и т. д.
Характерные для электрической системы большая взаи-
мосвязь и взаимозависимость между различными элемента-
ми системы и режимами ее работы обусловливают необхо-
димость применения таких защитных устройств, которые бы
автоматически и с большой скоростью отключали поврежден-
ный участок или сигнализировали о нарушении нормального
режима. Для этой цели в электрических устройствах приме-
няется релейная защита. Исторически релейная защи-
та явилась первым звеном автоматизации в энергетике и в
настоящее время представляет собой один из основных ви-
дов автоматики, применяемой в электрических системах.
Релейной защитой называются такие устройства,
которые способны реагировать на возникновение поврежде-
ния или нарушения нормального режима на каком-либо участ-
ке электрической системы и воздействовать на отключающие
или сигнализирующие устройства.
В зависимости от вида и параметров защищаемого эле-
мента, а также его роли в электрической системе, к релей-
ной защите предъявляются различные требования. Этим же
определяется также выбор принципа и схемы релейной
защиты.
Как правило, при возникновении коротких замыканий, мо-
гущих вызвать значительное нарушение нормальной работы
системы (повреждение оборудования, недопустимое сниже-
ние напряжения и т. д.), релейная защита выполняется с дей-
ствием на отключение поврежденного элемента электри-
ческой системы.
Защита выполняется с действием на сигнал в случаях
перегрузок и коротких замыканий, не представляющих не-
посредственной опасности для поврежденного элемента и
всей электроустановки, например при однофазных замыкани-
ях на землю в воздушных сетях, работающих с изолирован-
ной нейтралью. В таких случаях дежурный персонал имеет
возможность принять необходимые меры для устранения не-
нормального режима и предотвратить перерыв электроснаб-
жения потребителей.
Схема релейной защиты может состоять из одного или
нескольких реле, выполняться как быстродействующей, так
и с выдержкой времени, использовать реле различных типов
и конструкций и т. д.
1-2. Основные сведения о реле
Рассмотрим простейшее электромагнитное токовое релег
реагирующее на величину тока в контролируемой цепи.
В представленной на рис. 1-1,а электрической цепи, со-
держащей источник электрической энергии Е и нагрузку Z«?,
б

протекает ток /. Часто требуется ограничить величину тока з
цепи и при увеличении тока свыше определенного значения
hon прервать цепь, например подачей, импульса на отключе-
ние выключателя В, либо требуется подать сигнал об увели-
■е-
в
-С_К
^Реле
а
Von
Рис. 1-1. а — схема включения реле максимального тока электро-
магнитного типа:
/ — магнитопровод, 2 — якорь, 3 — катушка реле, 4 — пружина, 5 — подвиж-
ный контактный мостик, 6 — нормально открытые контакты реле;
диаграмма тока в цепи катушки реле; в
тивного тока.
диаграмма опера-
чении тока в цепи. Для этого в цепь включается специаль-
ный аппарат, который называется реле.
На рис. 1-1,а показано включение токового реле клапан-
ного типа. При протекании по катушке реле тока / в рабо-
чем зазоре 8 действует тяговая (электромагнитная) сила F9 .
Для электромагнитных реле постоянного тока и реле пере-
менного тока, в которых с поворотом якоря величина тока не
изменяется, сила F9 определяется по формуле
F9=hPw*
dG
db
(Ы)
7

Где / — ток, протекающий по катушке реле;
w — число витков катушки реле;
^L- скорость изменения проводимости воздушного за-
зора по пути движения якоря.
Как видно из схемы реле, повороту якоря под воздей-
ствием электромагнитной силы F9 препятствует сила сопро-
тивления пружины Fn.
Очевидно, если F9>Fn, то реле сработает, т. е. якорь ре-
ле 2 повернется по часовой стрелке, и контактный мостик 5
замкнет контакты 6, При этом замкнется цепь на отключе-
ние выключателя В, или цепь сигнальной лампы ЛС.
На рис. 1-1,6 изображена диаграмма изменения тока в
рассматриваемой цепи при уменьшении сопротивления ZH (от
момента t\ до /г). Пусть в момент t2 ток в цепи достигнет
такой величины, что реле сработает (считаем, мгновенно) и
замкнет своими контактами цепь сигнальной лампы.
Минимальное значение тока, при котором срабаты-
вает реле, называется током срабатывания (обозна-
чается через 1ср).
Если после срабатывания реле, начиная с момента *3»
уменьшать ток в цепи, например, увеличивая сопротивление
ZH, to при каком-то значении тока (в момент t4) якорь реле
вернется в исходное положение и цепь ЛС разомкнётся.
Наибольшее значение тока, при котором реле возвра-
щается в исходное положение, называется током возв-
рата (обозначается через h).
Отношение тока возврата к току срабатывания называет-
ся коэффициентом возврата реле
Коэффициент возврата реле, срабатывающих при превы-
шении соответствующей электрической величины установлен-
ного значения, всегда меньше единицы (обычно ke=0J—0,95).
Пример. Если при каком-то натяжении пружины 4 реле срабаты-
вает при токе /ср=5а и возвращается в исходное положение при токе
h—x а, то коэффициент возврата реле равен
£,== 1=0,8.
Отметим, что ток, протекающий через контакты реле, при-
нято называть оперативным током. На рис. 1-1, в по-
казана диаграмма оперативного тока для рассмотренной
схемы.
Таким образом, реле — это аппарат, в котором при до-
стижении определенного значения управляющей вели-
8

чины изменяется скачком управляемая величина.
В рассматриваемой схеме управляющей величиной является
ток / главной цепи, а управляемой — ток в оперативной
цепи 1оп.
На рис. 1-2 изображены электромагнитная и механиче-
ская характеристики реле, причем с целью упрощения не
учтены собственный вес якоря
и трение подвижных частей;
зазор 8 отсчитывается от по-
ложения якоря при обесточен-
ной катушке реле. Из характе-
ристик видно, что для сраба-
тывания реле необходимо по-
ложительное значение избы-
точной силы на всем пути дви-
жения якоря:
F„36 = F9 — Fn>0.
Иными словами, электромаг-
нитная характеристика дол-
жна проходить выше, механи-
ческой характеристики. Одна-
ко большое значение избыточ-
ной силы, особенно в конце
движения якоря, нежелатель-
но вследствие того, что при срабатывании реле якорь станет
сильно ударять, контакты реле будут замыкаться прерыви-
сто, вибрировать, реле будет иметь малый коэффициент воз-
Рис. 1-2. Характеристики реле.
Fэ — электромагнитная, Fn — механи-
ческая (характеристика пружины),
^эО ~ электромагнитная сила трога-
ния реле, FnQ — начальное натяжение
пружины.
/7
Воспринимав
ющш1 орган
Орган
сравнения
х-
На отключение
или сигнал
исполнитель
ний орган
H~J
6
Реле
Рис. 1-3. Основные органы токового реле.
врата (см. форм. 1-2). Поэтому необходим такой подбор
электромагнитной и механической характеристик, чтобы они
были возможно ближе друг к другу на всем пути движения
якоря. Последнее достигается соответствующим конструк-
<э

тивным выполнением магнитной системы реле, подбором чис-
ла и характеристики противодействующих пружин, установ-
кой немагнитных прокладок в рабочем зазоре.
Приведенная на рис. 1-2 электромагнитная характеристи-
ка построена для тока, близкого к току срабатывания реле.
При многократном увеличении тока, протекающего по катуш-
ке реле, что бывает, например, при коротких замыканиях,
соответственно возрастает электромагнитная сила, характе-
ристика поднимается вверх, растет ризб-
В реле принято различать три основных органа, показан-
ных на рис. 1-3.
Воспринимающий орган (иногда называется так-
же измерительным органом) реагирует на изменение управ-
ляющей величины, например на ток в защищаемой цепи.
Орган сравнения служит для сравнения воздей-
ствующей на реле управляющей величины с заранее вы-
бранной уставкой реле. В реле, изображенном на рис. 1-1, а,
уставку (ток срабатывания) можно регулировать натяжени-
ем пружины, а также изменением величины зазоря 8.
Исполнительный орган осуществляет при сраба-
тывании реле скачкообразное изменение управляемой вели-
чины, например, замыкая цепь оперативного тока.
1-3. Классификация реле
Реле могут быть классифицированы по роду физиче-
ской величины, на которую реагирует воспринимающий
(измерительный) орган: реле электрические, механические,
оптические, акустические и т. д. Мы будем рассматривать
только электрические реле.
Электрические реле, в свою очередь, подразделяются сле-
дующим образом:
а) По принципу действия на системы: электро-
магнитные, магнитоэлектрические, индукционные, электро-
динамические, поляризованные, электронные, тепловые.
б) По характеру величин, на которые реагируют
реле: тока, напряжения, мощности, сопротивления, час-
тоты, угла сдвига фаз. Различают реле максимального
действия (реле срабатывает при увеличении контролиру-
емой величины сверх заданного значения), реле мини-
мального действия (реле срабатывает при снижении конт-
ролируемой величины ниже заданного значения), реле на-
правленного действия, реагирующие на направление
мощности и др. Часто реле, включаемые в цепь последова-
тельно, называют сериесными, а включаемые параллельно—
шунтовыми.
в) По способу включения воспринимающе-
го органа различают реле: первичные (воспринима-
Ю

ющий орган включен непосредственно в цепь защищаемого
элемента) и вторичные (воспринимающий орган реле
подключается через трансформаторы тока или напряжения).
г) По способу воздействия исполнительно-
го органа на отключающее устройство различают: реле
прямого действ и я (исполнительный орган воздействует
непосредственно на отключающий аппарат) и реле косвен
ного действия (через контакты реле замыкается цепь
катушки отключения отключающего аппарата непосредствен-
но или через промежуточное реле).
В таблице 1-1 приведены принципиальные схемы включе-
ния токовых реле, поясняющие классификацию по пунктам
«в» и «г».
Отметим, что несмотря на значительное упрощение схем
защиты при использовании первичных реле, последние при-
меняются лишь для простейших схем на низком напряжении.
Применение первичных реле в цепях высокого напряжения
усложняется условиями эксплуатации (регулировкой, провер-
кой, наблюдением на высоком напряжении). Защиты с пер-
вичными реле косвенного действия, кроме того, нуждаются
в оперативном токе. Они более громоздки и дороги.
Вторичные реле прямого действия работают без оператив-
ного тока, так как якорь реле непосредственно воздействует
на отключение выключателя. Схемы защиты с вторичными
реле прямого действия, несмотря на трудности проверки и
регулировки реле, получили распространение благодаря про-
стоте их конструкции.
Чаще всего применяются вторичные реле косвенного дей-
ствия, несмотря на большую сложность схемы и необходи-
мость иметь оперативный ток. У этих реле во время работы
защищаемого элемента можно изменять уставку, выводить
реле на проверку или ремонт; реле имеют относительно вы-
сокую чувствительность и, благодаря подключению к защи-
щаемому элементу через измерительные трансформаторы,
изолированы от высокого напряжения первичной цепи и не
подвергаются воздействию токов короткого замыкания в та-
кой степени, как реле первичные.
д) По назначению реле делятся на две группы:
основные, реагирующие непосредственно на электриче-
ские величины (ток, напряжение и т. д.), и вспомога-
тельные, служащие для размножения контактов, созда-
ния выдержки времени, указания срабатывания защиты (ре-
ле промежуточные, времени, указательные и т. п.).
е) По времени действия различают реле без вы-
держки времени и реле с выдержкой времени. К реле без
выдержки времени относят: безынерционные с време-
нем срабатывания в несколько тысячных долей секунды
(мсек) — обычно это электронные реле, быстродей-
п

Таблица I-1
Классификация реле
по способу
включения из-
мерительного
органа
по способу воздействия
исполнительного ор-
гана на отключ. уст-
ройство
прямого действия
Первичные
реле
косвенного действия
прямого действия
Вторичные
реле
косвенного действия
Схема включения реле
ствующие с временем срабатывания порядка 5—40 мсек\
обычные с временем срабатывания 0,04—0,2 сек.
К реле с выдержкой времени относятся реле с нерегу-
лируемой выдержкой времени, получаемой чаще всего
за счет применения короткозамкпутых обмоток, гильз и т. п.,
а также реле с регулируемой выдержкой времени.
1.2

Таблица 1-2
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Реле
Наименование реле
Реле тока
Реле напряжения
Реле мощности
Реле сопротивления
Реле тока с выдерж-
кой времени
Реле времени
Реле промежуточ-
ное
Реле указательное
Услов-
ное обо-
значение
@|
@
@
@1
§1
!@
§
1
! 1
Контакты
Тип контактов
Нормально открытые
(н. о.)
Нормально закрытые
(н. з.)
Н. о. с выдержкой вре-
мени при замыкании
Н. о. с выдержкой вре-
мени при размыка-
нии
Н. з. с выдержкой вре-
мени при замыкании
Н. з. с выдержкой вре-
мени при размыка-
нии
Переключающиеся с
1-ой цепи (н. з.) на
2-ую цепь (н. о.)
Проскальзывающие
Условное
обозначе-
ние
—» «—
-~-
—1 Я~
—1 *-
^г
—
ГС
"■<,■""•
Последний тип реле называется реле времени. В релейной
защите применяются реле времени с выдержками примерно
от 0,2 сек. до 5—20 сек.
ж) По роду контактов различают реле с нормаль-
но открытыми (н. о.) и нормально закрытыми (н. з.) контак-
тами. Контакты реле называются нормально открытыми,
если они открыты (разомкнуты) при обесточенной катушке
реле, и нормально закрытыми, если они закрыты (замкнуты)
при обесточенной катушке реле. Применяются также реле с
13.

переключающимися и проскальзывающими контактами (во
время работы реле контакты замыкаются на небольшой про-
межуток времени). При работе реле контакты могут замы*
каться (размыкаться) мгновенно или с выдержкой времени.
В таблице 1-2 приведены условные обозначения контактов
реле. Контакты реле в зависимости от типа и назначения ре*
ле, а также типа и материала самих контактов способны
устойчиво и многократно работать в оперативных цепях
соответствующего напряжения (обычно 12—220 в) и комму-
тировать цепи мощностью от нескольких до сотен вольт-
ампер (ва).
1-4. Требования, предъявляемые к релейной защите
К релейной защите, действующей на отключение, предъяв-
ляются следующие основные требования.
1. Быстрота действия. Быстрое отключение при
коротком замыкании уменьшает объем повреждений, повы-
шает устойчивость параллельной работы машин, облегчает
условия втягивания в синхронизм и самозапуск электродви-
гателей, обеспечивает поддержание нормального режима в
неповрежденной части системы, уменьшает общее время от-
ключения потребителей и недоотпуск электроэнергии.
Время отключения поврежденного участка складывается
из времени действия защиты /, и выключателя с приводом tQ:
*откл'::='*з\*в* (l"*-v
Для повышения надежности работы электрической системы,
как правило, следует применять наиболее быстродейству-
ющие защиты в сочетании с быстродействующими выключа-
телями. Релейные защиты с выдержками времени применя-
ются в тех случаях, когда необходимо согласование действия
защит смежных участков, а также когда при коротком замы
кании по условиям работы электрической ристемы допустима
выдержка времени.
С другой стороны, применение быстродействующих защит
и выключателей в отдельных случаях может оказаться не-
желательным. Так, например, если на линии передачи уста-
новлены трубчатые разрядники, то при их срабатывании бы-
стродействующая защита может отключить линию. Поэтому
на таких линиях необходимо загрубить защиту по времени,
чтобы отстроиться от бросков тока, вызванных срабатыва-
нием разрядников. Для этого в большинстве случаев доста-
точно, чтобы защита имела время срабатывания не менее
~ 0,1 сек. Нет нужды в искусственном увеличении времени
срабатывания защиты в тех случаях, когда линия защищена
тросами и имеет автоматическое повторное включение
(АПВ), так как при наличии тросов уменьшается вероят-
ность поражения линии и срабатывания разрядников, а воз-
34

можные неправильные отключения исправляются АПВ. Дру-
гим примером невозможности применения быстродействую-
щей защиты является согласование защит смежных участков
из соображений селективности (см. § 3-8).
2. Селективность, или избирательность дей-
ствия, т. е. способность защиты избирать (определять)
место повреждения и отключать его ближайшими выключате-
лями. При коротком замыкании в точке К (рис. 1-4) придут
в действие защиты, установленные у выключателей 5-У, В-2
я 5-3, так как ток короткого замыкания 1кз будет протекать
<&s
1*з
а-г
-О
«3
д-з
A.
HD-
Рис. 1-4. Схема сети, поясняющая избирательное (селективное)'
действие защиты.
через все эти выключатели. Однако отключиться должен
только выключатель В-3, Отключение выключателей В-2 или
В-1 обесточивает всю подстанцию Б или всю сеть соответ-
ственно; такое отключение называется неселективным. Причи-
ной неселективного срабатывания защиты может быть непра-
вильное согласование уставок защит у выключателей В-1,
В-2, 5-3, или отказ защиты, или неисправность привода вы-
ключателя В'З. Селективность защиты достигается путем
соответствующей отстройки защит последовательно включен-
ных элементов по току трогания или времени срабатывания.
При этом большую уставку по току срабатывания или вы-
держку по времени действия имеют защиты участков, ближе
расположенных к источникам питания (см. § 3-8). Для того,
чтобы быстро и селективно отключить короткое замыкание
на близрасположенных от источников питания участках,
приходится применять рассмотренные ниже отсечки или более
сложные защиты, например дистанционные (см. гл. 6), либо
использовать неселективные отключения защитой, исправля-
емые автоматическим повторным включением (АПВ) или
автоматическим вводом резерва (АВР). Подробнее этот во-
прос рассмотрен в главе 3 (см. § 3-16).
3. Чувствительность — способность защиты реа-
гировать на нарушения нормального режима и короткие за-
мыкания, на которые данная защита рассчитана. Чувстви-
тельность защиты принято оценивать коэффициентом чувстви-
тельности k4. Проще всего уяснить чувствительность защиты
на примере защиты токовой и минимального напряжения.

Для токовых защит, реагирующих на увеличение
тока при коротких замыканиях,
*■ = £. 0-4)
где 1кз — расчетное минимальное значение тока металличе-
ского короткого замыкания в наиболее удаленной
точке защищаемого участка;
1сз — первичный ток срабатывания защиты.
Для защит минимального напряжения, реагирующих на
снижение напряжения при коротких замыканиях,
£« = т~, (1-5)
U ост v 7
где UC3 — напряжение срабатывания защиты;
Uост— расчетное максимальное значение остаточного на-
пряжения в месте установки защиты при корот-
ком замыкании в наиболее удаленной точке защи-
щаемого участка.
В «Правилах устройства электроустановок» указываются
необходимые минимальные значения коэффициентов чувст-
вительности в зависимости от вида защищаемого элемента,
типа и назначения защиты, вида и места короткого замыка-
ния. Обычно требуется, чтобы коэффициент чувствительности
был равен не менее 1,5—2. Если защита должна реагировать
на различные виды коротких замыканий (трехфазные, двух-
фазные, однофазные и т. п.), то коэффициент чувствитель-
ности защиты следует проверять по короткому замыканию с
наименьшим значением тока короткого замыкания.
Требование k4>U5—2, например для токовой защиты, оз-
начает, что в минимальном режиме ори коротком замыкании
в конце защищаемого участка ток короткого замыкания
должен превышать ток срабатывания защиты в 1,5—2 раза.
Такой запас обеспечивает надежное срабатывание защиты
также в тех случаях, когда значение тока короткого замы-
кания будет несколько меньше расчетного (например, при
коротком замыкании через переходное сопротивление).
Однако выполнение требования k4 > 1,5—2 иногда трудно
достижимо. Так, при минимальном режиме работы системы
(часть генераторов или линий отключена) ток короткого
замыкания может быть меньше тока нагрузки максимального
режима. В подобных случаях, чтобы получить требуемое
значение коэффициента чувствительности, приходится услож-
нять схему релейной защиты, применяя, например, вольтмет-
ровую блокировку. Эта блокировка разрешает срабатывать
токовой защите лишь в том случае, если возрастание тока
сопровождается снижением напряжения, что наблюдается,
16

как правило, только при коротких замыканиях. Схема защиты
о вольтметровой блокировкой рассмотрена ниже (см. § 3-12).
4. Надежность работы при всех видах повреждений,
на которые рассчитана защита.
При рассмотрении вопросов надежности действия защи-
ты необходимо учитывать трудные условия и специфику ра-
боты релейной защиты, заключающуюся в том, что устройства
релейной защиты должны осуществлять непрерывны и
контроль на протяжении значительных промежутков вре-
мени (месяцев, лет) и надежно срабатывать в необходимых
случаях. Чем проще схема защиты и чем меньше она содер-
жит реле, цепей и контактов, тем она надежнее. Просто-
та конструкции и качество реле, правильность проекта, мон-
тажа и высокая культура эксплуатации также определяют
надежность действия защиты. Надежность защиты принято
оценивать числом правильных срабатываний. За последние
годы в энергосистемах Советского Союза случаи правильного
срабатывания защит составляют 98—99%. Зарубежная
энергетика значительно отстает в этом отношении (80—90%
правильных действий защиты).
При выборе типа защиты необходимо стремиться к мак-
симальной простоте и надежности. Не следует учитывать
практически маловероятных повреждений и режимов работы
(см. §2-1).
К релейной защите, действующей на сигнал, предъявля-
ются те же требования, за исключением требования быстро-
действия. Но в связи с тем, что защиты, действующие на сиг-
нал, менее ответственны, предъявляемые к ним требования
не являются столь строгими и обычно не нормируются.
Указанные выше требования к релейной защите должны
удовлетворяться с учетом экономической целесообразности
того или иного вида защиты в целом. Выбор принципов и
схем защиты следует производить на основании опыта экс-
плуатации, статистических данных о возможных поврежде-
ниях и ущербе, приносимом ими для конкретных установок
и схем энергоснабжения, а также на основании рекоменду-
емых «Правилами устройства электроустановок» схем защи-
ты. При этом прежде всего нужно стремиться к максималь-
ной простоте и высокой надежности защитных устройств.
1-5. Основные, резервные и вспомогательные защиты
Очень часто для повышения надежности, ускорения дей-
ствия и улучшения эксплуатационной гибкости защитных
устройств отдельные элементы электрической системы, кроме
основной, имеют резервные и вспомогательные защиты.
Основной называется защита, обеспечивающая бы-
строе и селективное отключение повреждения в пределах
2 М. В. Тнтаренко, И А. Носков-Дукельскпи
17

защищаемого элемента. Основная защита, как правило, уста-
навливается на каждом элементе электроустановки. Часто/
основная защита данного элемента может также резервиро-
вать защиты смежных элементов.
Резервной называется защита, которая резервирует
основную защиту элемента в случае ее неисправности, вывода
в ремонт и т. д. Зачастую резервная защита действует/: боль-
шей выдержкой времени, чем основная; резервная 'защита
устанавливается не на всех элементах, а только на тех, где
невозможно резервирование основной защиты данного эле-
мента основной защитой смежного элемента. В ряде случа-
ев с целью упрощения резервной защиты допускается сниже-
ние ее чувствительности (кч.рез.>\,2) и сокращение зоны
резервирования, т. е. охват резервной защитой лишь части
защищаемого элемента.
Вспомогательная защита устанавливается в отдель-
ных случаях для ускорения действия основной защиты при
повреждениях в защищаемой зоне, а также для действия в
пределах так называемой мертвой зоны основной защи-
ты. Вспомогательная защита обычно резервирует основную
защиту в случаях ее отказа.
1-6. Оперативный ток
Как видно из рис. 1-2, а и таблицы 1-1, в схемах защиты
с реле косвенного действия требуется оперативный ток, с
помощью которого после замыкания цепи контактами реле
производится отключение выключателя. Для этой цели при-
меняется как постоянный, так и переменный ток. Источни-
ками оперативного постоянного тока на электростанциях и
подстанциях обычно служат аккумуляторные батареи. В не-
которых случаях применяются также установки с двигатель-
генераторами, ртутными и полупроводниковыми выпрямите-
лями. Преимущество аккумуляторных батарей заключается
в их высокой надежности и независимости от режима работы
и аварий в сети переменного тока. Рассмотрение аккумуля-
торных батарей является предметом других курсов, напри-
мер курса «Электрическая часть станций», и поэтому здесь
не приводится. Необходимо отметить, что установка аккуму-
ляторных батарей, зарядных и подзарядных агрегатов, а так-
же щита и всей сети постоянного тока требует специальных
помещений, дефицитного оборудования и систематического
ухода со стороны обслуживающего персонала. Поэтому за
последние годы всё большее распространение получает пере-
менный оперативный ток-
«Правила устройства электроустановок» рекомендуют при-
менять защиты на переменном оперативном токе во всех
установках, даже там, где уже имеются аккумуля-
18

торные батареи, если это возможно и приводит к упрощению
и удешевлению установки в целом.
Остановимся на рассмотрении наиболее распространен-
ных схем с переменным оперативным током.
На рис. 1-5 приведены схемы токовой защиты линий, где
в качестве оперативного тока используется переменный ток
от трансформатора тока защищаемой линии.
rfci к0
TT-kZ.
1_гт
Рис. 1-5. Схемы релейной защиты с оперативным перемен-
ным током от трансформаторов тока:
а — с дешунтированием катушки отключения; б — с ппомежуточным
насыщающимся трансформатором тока ПНТ.
В схеме рис. 1-5, а применено реле с нормально замкну-
тыми контактами. При нормальной работе, когда ток в ли-
нии не достигает величины тока срабатывания защиты, кон-
такты реле шунтируют катушку отключения КО привода
выключателя В, и выключатель не отключается. Когда ток
через реле достигнет величины тока срабатывания, реле
размыкает свои контакты.
При этом дешунтируется КО, по ней протекает вторич
ный ток трансформатора тока, и выключатель отключается.
Недостатком схемы, ограничивающим ее применение, явля-
ется то, что контакты реле должны разрывать почти весь
вторичный ток трансформатора тока. Этот ток при коротких
замыканиях может достигать значительных величин (несколь-
ко десятков ампер), на которые контакты обычных реле не
рассчитаны. В последние годы отечественная электропро-
мышленность начала выпускать реле с усиленными контакта-
ми, позволяющими применять описанную схему защиты (см.
§ 3-4 и приложение 3).
В схеме, изображенной на рис. 1-5, б, при срабатывании
реле (реле с нормально открытыми контактами) замыкается
цепь катушки отключения выключателя, получающей пита-
2*
19

КО
"¥
ние от промежуточного насыщающегося трансформатора
тока ПНТ. Вспомогательный трансформатор тока ПНТ своей
первичной цепью включен во вторичную цепь основного
трансформатора тока последовательно с обмоткой реле. Он
рассчитан на длительную работу с разомкнутой вторичной
цепью и, кроме того, благодаря насыщению, ток в его вторич-
ной цепи, т. е. ток, замыкаемый контактами реле и протекаю-
щий через отключающую катушку, не
достигает большой величины (обычно
8—10а). Эта схема получила широкое
распространение для защиты сетей
простой конфигурации.
В некоторых случаях, при исполь-
зовании приводов с отключающей ка-
тушкой постоянного тока, ток от ПНТ
предварительно выпрямляется с помо-
щью мостика из твердых выпрямите-
лей (селеновых или купроксных), и то-
гда через контакты реле и катушку
отключения привода выключателе
протекает выпрямленный ток. Такая
схема обладает более высокой чув-
ствительностью, т. е. может отклю-
чать линию при меньшем токе в за-
щищаемой линии, чем в случае ис-
пользования схемы без выпрямления
(см. рис. 1-5).
Представляет интерес также схема
защиты с предохранителем, включен-
ным параллельно катушке отключения
привода выключателя (рис. 1-6). Если
предохранитель выбрать так, чтобы он не перегорал при но-
минальных и пусковых токах и перегорал при коротких за-
мыканиях в конце защищаемого участка, то такая схема
защиты обеспечит быстрое отключение коротких замыканий.
Достоинством схемы является простота, недостатком — одно-
кратность действия и необходимость специальной калибров-
ки предохранителей [12]. Большой чувствительностью обла-
дают также схемы питания оперативных цепей защиты от
трансформаторов напряжения и трансформаторов тока, ис-
пользующие энергию заряда конденсатора (рис. 1-7). Кон-
денсатор С, заряженный во время нормальной работы через
выпрямитель Ви при срабатывании реле разряжается на
отключающую катушку выключателя, вызывая его отклю-
чение.
Для защиты от замыканий на землю в сетях с малым
током замыкания на землю находят применение схемы пере-
менного оперативного тока, получаелюго от трансформатора
Рис. 1-6. Схема защиты
с предохранителем П,
включенным параллель-
но катушке отключения
привода.
20

напряжения (рис. 1-7, а и рис. 1-8) или от сети собственных
нужд станций и подстанций. Недостатком схем с оператив-
ным током, получаемым от трансформаторов напряжения,
является то, что в момент короткого замыкания при отсут-
ствии быстродействующего регулирования напряжения
может произойти резкое снижение напряжения и защита не
сработает, так как напряжение оперативного тока будет не-
ко
Пн
к
ко
в,
^
rri^fj
тт
тП
\ч~
т
т
с !
X \\ Г,
пмГ
ВЛ
<~~\ '
■ 1
т
^ПНТ
5
Рис. 1-7. Схемы питания оперативных цепей защиты с использо-
ванием энергии заряда конденсатора:
а — зарядка конденсатора от трансформаторов напряжения; б — зарядка
конденсатора от трансформаторов тока.
достаточным для отключения выключателей. Поэтому наи-
более широкое распространение получили схемы защиты с
оперативным переменным током, получаемым от трансформа-
торов тока защищаемого элемента.
Как было отмечено выше, для получения оперативного
тока могут применяться также двигатель-генераторы посто-
янного тока, если принять специальные меры для форсиров-
ки возбуждения динамомашины. Последнее необходимо для
того, чтобы обеспечить замедленное снижение напряжения
на зажимах генератора в случае исчезновения напряжения
в сети переменного тока. На рис. 1-9, а приведена схема по-
лучения постоянного оперативного тока от двигатель-генера-
тора, в которой при исчезновении напряжения на зажимах
двигателя и снижении напряжения генератора постоянного
тока срабатывает реле минимального напряжения Р и свои-
ми нормально замкнутыми контактами шунтирует реостат
ШР в цепи возбуждения. Таким путем достигается поддержа-
ние напряжения на зажимах генератора не ниже 0,8—0,85 от
номинального значения в течение 5—10 сек.* после отключе-
'• Для мощных двигатель-генераторов это время может достигать
■20—30 сек и более.
2\

Bffd} ft™
S£>
ния сети переменного тока. Этого времени в аварийных
условиях обычно достаточно для работы защит и отключения
выключателей. На рис. 1-9, б изображена схема двигатель-
генератора, в которой шунтирование сопротивления шунто-
вого реостата осуществляется нор-
мально закрытыми блок-контакта-
ми магнитного пускателя двигателя.
Для того, чтобы при использовании
этой схемы магнитный пускатель не
выполнял функцию минимальной
защиты, т. е. не отключал двига-
тель при кратковременных исчез-
новениях напряжения в сети пере-
менного тока, цепь удерживающей
катушки УК пускателя включена
не через обычные кнопки «пуск» и
«стоп», а с помощью рубильника
Р\. Подробнее этот вопрос освещен
в двенадцатой главе. При восста-
новлении напряжения в сети пере-
менного тока двигатель сразу вклю-
чается, при этом реостат дешунти-
руется, и нормальная работа агре-
гата восстанавливается.
В связи с большой ответственно-
стью цепей оперативного тока за со-
стоянием схем и, в частности, за изоляцией цепей оперативно-
го тока обычно устанавливается строгий контроль (звуковая и
световая сигнализация, приборы для контроля изоляции и т. п.).
п£3
Рис. 1-8. Схема питания
оперативных цепей защиты
от трансформатора напря-
жения (или трансформатора
собственных нужд).
Рис. 1-9. Принципиальные схемы получения оперативного
постоянного тока от двигатель-генераторов:
а — шунтирование реостата в цепи возбуждения н. з. контактами
реле Р; о — шунтирование реостата блок-контактами магнитного
пускателя двигателя.
22

1-7. Условные изображения реле, контактов
и схем релейной защиты
На принципиальных (совмещенных) схемах защиты и ав-
томатики реле условно изображаются прямоугольником с
полукруглой вершиной. Считается, что обмотки реле распо-
лагаются в прямоугольнике, и обычно их не показывают. Для
основных реле (см. § 1-3) в прямоугольнике указывают
буквой величину, на которую реагирует реле, например, РТ—
реле тока, РН — реле напряжения, РМ — реле мощности
и т. д. Для вспомогательных реле в прямоугольнике
обозначают буквой назначение реле, например, РП — реле
промежуточное, РВ — реле времени и т. д. В обозначении ре-
ле буква Р может быть опущена, если это не затрудняет чте
ния схемы. В полукруглой вершине изображаются контакты
реле при обесточенной обмотке (обмотках) реле.
В таблице 1-2 приведены условные изображения некото-
рых типов реле и контактов (ГОСТ 7624-55).
Различают следующие виды схем релейной защи-
ты: совмещенные однолинейные (однофазные), совмещенные
трехлинейные (трехфазные или полные), развернутые и
монтажные*. На рис. 1-10 изображены схемы максимальной
токовой защиты линии с выдержкой времени. Схемы, приве-
денные на рис. 1-10, а и б, показывают принцип выполнения
защиты и порядок соединений трансформаторов тока, ка-
тушек и контактов, входящих в схему защиты основных и
вспомогательных реле, а также отключающих катушек вы-
ключателей, на которые обычно передается действие релей-
ной защиты.
Для сложных защит получили распространение развер-
нутые схемы, или развертки (рис. 1-10, в). В развертках
реле и другие входящие в схему аппараты разделяются на
составные части и изображаются отдельно: обмотки токо-
вые, обмотки напряжения, контакты. При этом элементам
одного аппарата или реле присваиваются одни и те же бук-
венные обозначения. Например, обмотка и контакты реле
обозначаются соответствующей буквой с индексом фазы и
номером, если таких реле в схеме или контактов у реле бо-
лее одного. Для одной развертки все составные части реле
и аппаратов соединяются между собой в такой последова-
тельности, в какой по ним протекает ток. Отдельные цепоч-
ки развернутой схемы располагаются по вертикали в поряд-
ке последовательности действия схемы. Развертки составля-
ются таким образом, чтобы, читая отдельные цепочки слева
направо и всю схему сверху вниз, можно было установить
действительную очередность работы элементов схемы. Цепи
* Совмещенные схемы до последнего времени было принято назы-
вать принципиальными [13].'
23

Рис.
Та
В
т RT
У
-Лг-
6К КО
6
Ряд л
зажимов
К трансформаторам
К шинкам оператив-
ного тока
На отключение выключателя
1-10. Схемы максимальной % токовой защиты линии с выдержкой
времени:
а —- совмещенная однолинейная: б — совмещенная трехлинейная; я — развернутая
схема (развертка); г — монтажная схема.
тока, напряжения, оперативные цепи и т. д. изображаются
в виде отдельных схем (рис. 1-10, в). Такое изображение
схем при определенном навыке является наглядным и удоб-
ным для проверки и монтажа сложных схем, а также для
отыскания ошибок и «ложных цепей» при монтаже и пов-
реждениях.
24

Монтажная схема (рис. 1-10, г) показывает расстановку
реле на панели и раскладку монтажных проводов в соот-
ветствии с полной принципиальной схемой. На монтажной
схеме изображаются ряды зажимов с переходными клем-
мами, указывается маркировка жил кабелей и проводов.
По таким схемам выполняется монтаж релейных панелей.
Для удобства чтения схем контакты реле и аппаратов,
а также жилы проводов и кабелей обычно маркируются.
Маркировка применяется различная. На рис. 1-10, г клеммы
ряда зажимов и реле имеют так называемую смысловую
маркировку. Широко применяется также цифровая мар-
кировка, при которой различным цепям присваивается опре-
деленное цифровое обозначение. Подробно этот вопрос осве-
щен в специальной литературе [14].

Глава вторая
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ
И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ
2-1. Основные виды повреждений и исходные условия
для расчета замыканий в электрических сетях
В электрических системах, состоящих из генераторов,
распределительных устройств, трансформаторов, электриче-
ских сетей и приемников электрической энергии, примерно
две трети повреждений приходится на электрические сети.
Это объясняется тем, что электрические сети обычно очень
разветвлены, имеют большую протяженность, работают при
изменяющихся в широких пределах климатических условиях,
подвержены воздействию атмосферных перенапряжений и т. д.
Основной вид повреждения в электрических сетях—это
короткие замыкания (к. з.). Короткие замыкания возникают
в результате нарушения изоляции токоведущих фаз относи-
тельно земли или в результате нарушения междуфазной
изоляции-
В сетях трехфазного переменного тока различают следу-
ющие виды замыканий:
1) трехфазные замыкания;
2) двухфазные замыкания, т. е. замыкания двух
фаз: а) в одной точке без замыкания на землю, б) в одной
точке с одновременным замыканием на землю;
3) двойные замыкания, т. е. замыкания на землю двух
фаз в разных точках сети, причем точки замыкания могут
быть как на одной, так и на разных линиях;,
4) однофазные замыкания на землю.
В таблице 2-1 приведены схемы и указана относитель-
ная вероятность возникновения различных видов замыканий.
В зависимости от напряжения и схемы электрической се-
ти, режима нейтрали, наличия регулирующих устройств и
26

Таблица 2-1
Основные виды повреждений воздушных и кабельных линий передач
Вид повреждения
1. Трехфазные замы-
кания
2. Двухфазные замы-
кания:
а) двухфазное за-
мыкание без земли;
б) двухфазное за-
мыкание на землю
в одной точке
3. Двойные замы-
кания (замыкания
на землю двух фаз
в разных точках)
Относительная
вероятность дан-
ного вида пов-
реждения, %
3-5
20-25
10—15 в сетях
с изолирован-
ной нейтралью
4- Однофазные за
мыкания на землю:
а) в сети с изоли-
рованной нейтра
лью;
б) в сети с зазем-
ленной нейтралью
65-70
27

скорости отключения поврежденного участка различные виды
коротких замыканий в электрических сетях могут по-разному
сказываться на работе электрической системы в целом. Из-
вестно, что протекание больших токов короткого замыка-
ния при междуфазных коротких замыканиях вблизи генерирую-
щих источников часто наносит существенный вред нормальной
работе электрической системы. Указанное повреждение может
вызвать:
а) перерыв в электроснабжении потребителей при от-
ключении питающих линий или генераторов и связанные
с этим простой оборудования, а иногда и тяжелые аварии;
б) значительное снижение напряжения и частоты, т. е.
ухудшение качества электрической энергии и нарушение нор
мальной работы потребителей:
в) снижение устойчивости параллельной работы, а в не-
которых случаях нарушение параллельной работы генера-
торов и отдельных станций;
г) повреждение оборудования в месте замыкания.
Поэтому релейная защита, реагирующая на междуфаз-
ные замыкания, выполняется с действием на от ключ е-
н и е места повреждения.
Величина тока однофазного замыкания на землю в основ-
ном определяется режимом нейтрали. В сетях с напряжением
110, 220 кв и выше, которые, как правило, работают в ре-
жиме с заземленной нейтралью, токи замыкания на землю
имеют очень большую величину. Поэтому в таких сетях уста-
навливают релейную защиту, реагирующую на однофазные
короткие замыкания и действующую на отключение вы-
ключателей, тем более, что относительная вероятность воз-
никновения однофазных коротких замыканий самая высокая.
В сетях 3—10 кв и частично 35 кв, работающих с изолирован-
ной или компенсированной нейтралью, токи однофазного за-
мыкания на землю относительно невелики. Эти токи, как
правило, меньше номинальных токов линий передач. Поэто-
му в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью
релейная защита, реагирующая на однофазные- замыкания,
или не устанавливается вообще, или выполняется с действи-
ем на сигнал, а не на отключение линии.
При выборе схемы релейной защиты не учитывают малове-
роятные повреждения, которые не оказывают значительного
влияния на надежность работы системы. Так, принимают,
что в электрической системе повреждение возникает только
на одной линии; вероятность совпадения во времени повреж-
дений на двух и более линиях очень мала и обычно не учи-
тывается. Исключение составляют двойные замыкания, ко-
торые вполне возможны в сетях с изолированной ^нейтралью.
В сетях же с глухо заземленной нейтралью двойные замы-
кания практически исключаются.
28

Следует отметить, что в условиях эксплуатации возмож-
ны сочетания нескольких из указанных выше повреждений
или переход одного вида повреждения в другой. Примером
последнего может служить однофазное повреждение в к а-
б е л ь н о й линии, часто переходящее в междуфазное замы-
кание вследствие быстрого нарушения междуфазной изоля-
ции при горении дуги.
Выбор принципов защиты зависит от параметров защи-
щаемой линии и ее роли в энергетической системе. При вы-
боре уставок ряда защит необходимо знать величины токов
короткого замыкания. Для релейной защиты можно рассчи-
тывать только те виды короткого замыкания, на которые
проектируется ее работа. Однако во многих случаях прихо-
дится предусматривать поведение защиты при других видах
замыкания (например, чувствительность и селективность).
Поэтому обычно рассчитывают все основные виды замыка-
ний (трехфазное, двухфазное и однофазное) и выясняют
работу защиты при различных повреждениях.
При расчете токов короткого замыкания для релейной
защиты пользуются известными методами расчета, причем
наибольшее распространение получил метод расчета в имено-
ванных единицах (вольтах, омах, амперах). Из особенностей
этого расчета для релейной защиты электрических сетей не-
обходимо отметить следующее.
1. Токи короткого замыкания рассчитываются для мо-
мента времени ^=0.
2. Переходное сопротивление в месте замыкания прини-
мается равным нулю, т. е. считается, что происходит м е-
таллическое замыкание. Полученные при этом несколь-
ко завышенные против действительных значения токов ко-
роткого замыкания учитываются выбором соответствующего
коэффициента чувствительности защиты, о чем будет ска-
зано ниже.
3. Для выяснения угловых соотношений между токами и
напряжениями некоторых защит, например дистанционных,
при коротких замыканиях необходимо учитывать не только
реактивные, но и активные составляющие сопротивлений от-
дельных элементов системы. При анализе поведения токовой
защиты обычно интересует только величина тока короткого
замыкания, и если активная составляющая сопротивления
в цепи короткого замыкания относительно мала (/?<0,3%),
то расчет производится с учетом только реактивных сопро-
тивлений схемы.
Построение векторных диаграмм позволяет наглядно ви-
деть соотношения между величинами токов и напряжений
R рассматриваемом аварийном режиме.
4. Расчет трехфазных коротких замыканий производится
обычными методами, причем благодаря симметричности ре-
2П

жима* расчет ведется для одной фазы. Все другие виды
замыканий несимметричны, и для их расчета удобнее всего
применять метод симметричных составляющих. Ниже будет
рассмотрено применение этого метода для наиболее распро-
страненных видов коротких замыканий.
5. Для определения значений токов, напряжений и уг-
лов между ними применяют такой способ: находят значения
этих величин в месте повреждения, а затем определяют со-
ответствующие величины в интересующей точке линии. Та-
кой точкой обычно является начало линии, где установле-
ны измерительные трансформаторы и подключена релейная
защита.
6. При расчете токов короткого замыкания, как правило,
не учитываются токи нагрузки в линии перед возникновени-
ем аварии, т. е. принимается, что короткое замыкание проис-
ходит на ненагруженной линии.
7. Для выбора принципа защиты и уставок реле, а так-
же анализа поведения защиты при коротком замыкании
обычно рассчитывают короткие замыкания в разных точках
линии (например, в начале и конце линии) для максималь-
ного и минимального режимов работы системы.
8. Получение точных значений токов короткого замыка-
ния за счет применения более сложных и громоздких мето-
дов расчета зачастую оказывается ненужным вследствие
указанных выше допущений, и поэтому в релейной защите
применяются относительно простые методы расчета.
Рассмотрим порядок расчета наиболее распространенных
видов коротких замыканий для случая одностороннего пи-
тания радиальной линии.
2-2. Трехфазное короткое замыкание
При трехфазном металлическом коротком замыкании в
точке К сети с изолированной нейтралью (рис. 2-1, а) по
всем фазам линии будут протекать токи короткого замыка-
ния, одинаковые по величине и сдвинутые по фазе относи-
тельно своих напряжений на одни и те же углы.
Величина тока короткого замыкания фазы А определит-
ся по закону Ома:
Л - i* (2-1)
* Трехфазное короткое замыкание можно считать симметричным,
если не учитывать апериодической составляющей тока короткого замы-
кания и неодновременность замыкания фаз выключателя при включе-
нии его на имеющееся на линии замыкание, например, включение на не-
снятое заземление; при возникновении трехфазного короткого замыкания
на работающей линии это короткое замыкание можно считать
симметричным, если принять, что замыкание фаз происходит о д-
новременно.
30

где Ял—фазная э. д. с. (напряжение);
Rc, Хс—активная и индуктивная составляющие сопротив-
ления питающей системы (станции);
/?.!> Хл—составляющие сопротивления линии от начала
линии до точки замыкания.
Рис. 2-1. Трехфазное короткое замыкание
а — схема замыкания; б —векторная диаграмма: в—диаграмма остаточного напря-
жения вдоль линии.
Ток /д по фазе отстает от э. д. с. Ёа на угол срг, опреде-
ляемый суммарным сопротивлением фазы от нейтральной
точки системы до точки замыкания:
1 Хс ~f~ Хл
(2-2)
При металлическом трехфазном коротком замыкании
напряжения всех фаз (фазные напряжения) в точке замы-
кания К относительно земли равны нулю:
U^)=O(S) = U^ = 0.
(2-3)
Для нахождения напряжения фазы А в начале линии
(точка Н) необходимо к фазному напряжению в месте пов-
реждения (в данном случае это напряжение на основании
(2-3) равно нулю) прибавить падение напряжения на сопро-
тивлении линии при протекании тока /а:
1№ = Шл+]ХА). (2-4)
По фазе напряжение 0%J опережает ток 1а на угол <р3, опре-
Деляемый характером сопротивления линии:
31

?,^arctg£'. (-'-5)
На основании приведенных выше соотношений (2-1-.-2-5)
па рис. 2-1, б построена векторная диаграмма, причем бла-
годаря симметричности трехфазного короткого замыкания
векторная диаграмма для фаз В и С имеет аналогичный вид
и сдвинута относительно фазы А соответственно на 120 и
240°. На рис. 2-1, в приведена диаграмма, иллюстрирующая
величины остаточных напряжений фаз вдоль линии.
Из рассмотрения трехфазного металлического короткого
замыкания можно сделать следующие выводы:
1. Система токов и напряжений при коротком замыка-
нии остается симметричной.
2. Величина тока короткого замыкания, определенная по
(2-1), обычно значительно превышает номинальные токи
линии.
3. Величина остаточного напряжения в начале линии, оп-
ределенная по (2-4), ниже номинального фазного напряже-
ния;, в точке замыкания это напряжение снижается до нуля.
4. Фазовые соотношения между величинами тока корот-
кого замыкания и напряжения в начале линии, где подклю-
чена релейная защита, определяются характером сопроти-
вления линии (по 2-5) и не зависят от расстояния до точки
замыкания. Угол <р3 обычно больше угла <р при нормальном
режиме работы линии передачи.
5. На линиях устанавливаются быстродействующие защи-
ты, отключающие линии при трехфазных коротких замыка-
ниях. Эти же защиты реагируют и на другие междуфазные
короткие замыкания, например двухфазные.
Ниже рассматриваются некоторые несимметричные корот-
кие замыкания, причем используется метод симметричных
составляющих. В приложении 1 описаны основные положе-
ния данного метода. Формулы приложения 1, применяемые
ниже для анализа несимметричных коротких замыканий,
обозначены индексом ГЛ.
2-3. Двухфазное короткое замыкание
Рассмотрим металлическое замыкание фаз В и С в точ-
ке К сети с изолированной нейтралью (рис. 2-2). Непосред-
ственно из этой схемы можно записать три соотноше-
ния, характеризующие двухфазное короткое замыкание (так
называемые граничные условия):
1. /4-0, (2-6)
ибо в фазе А аварийного тока пет, а ток нагрузки не учи-
тываем.
32

2. Iв = —/с, (2-7)
так как в контуре короткого замыкания циркулирует один
и тот же ток.
3. (f§=№\ (2-8)
поскольку в точке К между фазами В и С, очевидно, нет
никакой разности по-
тенциалов.
Симметричные со- ^ н i^o K
ставляющие токов фа- с—и-^)--ллллл-*-
зы А определятся по £
формулам (П1-7), с J—(Л-лл/ww*— »- wwv-
учетом (2-6), (2-7) и ! w
(П1-2):
&
АЛЛЛЛ-^ WVW-
/в=*(/Д + /В+ /<;) =
«* Рис. 2-2. Схема двухфазного короткого за-
1 . . мыкания.
= 5-(0 + /в-/в)=0,
Ал = J- (Л+а/в + вя/с) =4 (0 + а/в - а«4)= у р|,
1 1 г • (2-9)
4* = И/д+а2/в+а/с)=ИО+^/в-а/5)= -у^|
уз
Таким образом, ток нулевой последовательности /о=0 (от-
сутствует замыкание на землю и заземление нейтрали),
а токи прямой и обратной последовательностей связаны
соотношением
/и =-—4*. (2-10)
Симметричные составляющие напряжений фазы А в точ-
ке замыкания К определятся по формулам (П1-7а), с уче-
том (2-8) и (П1-2):
О0 = 0, (2-11)
так как не протекает ток нулевой последовательности,
Оы = j фА 4- айв + a*Uc) = \[UA + (<* +а')Ов],
0»А = \фх+ аЮв + аОс) = (2-12)
= $фА+(а+а*)0в].
3 М. В. Титаренко, И. А. Носков-Дукельский 33

Из последних соотношений вытекает, что
Oia^U2A% (2-13)
Таким образом, мы получили еще три важных соотношения:
Д=0,
/м=-/гд, (2-14)
UlA = U2A.
Основываясь на граничных условиях (2-6 -~ 2-8) и уста-
новленных соотношениях (2-14), можно определить полные
х токи и напряжения фаз и построить век-
торную диаграмму.
На основании (Ш-6), с учетом (2-9),
(2-10) и (П1-2),
<ь
1В=аЧ\А + ahA + /0 = —J'V 3 /м,
/с = а/м + a?iiA + f0=j V3 Ua
(2-15)
12Я
Рис. 2-3. Эквива-
лентная схема за-
мещения двухфаз-
ного короткого за-
мыкания.
Заметим, что 1а = 0 по (2-6).
По формулам (П1-6а) с учетом (2-8),
(2-11), (2-13) и (П1-2) определятся пол-
ные фазные напряжения в точке замы-
кания:
Uf=U^^o?(jlA
= (а2 + a) Uia = — Ой,
^0=
(2-16)
а
Х'О :
= £/1А + ЙГ2А+6Го==2£/,А.
Согласно (2-16)
Of-
гм
Uс = — U\a — J""'
(2-17)
Двухфазное короткое замыкание характеризуется эквива-
лентной схемой замещения, приведенной на рис. 2-3. Из этой
схемы определяется величина тока прямой последователь-
ности фазы А
Ixa = -..
j\Xl + *2)'
(2-18)
По фазе ток 1\А отстает от э.д.с. Ёа на 90°, если не учиты-
вать относительно малых активных сопротивлений.
Напряжения фаз в начале линии, где подключена релей-
ная защита, таковы:
34

цм =#<*> + jXJlB + jX2l2s,
QW -= OP+УА", Ac + yx Ac
(2-19;
ц"4чГ
Рис. 2-4. Векторные диаграммы симметричных составляющих и пол-
ных токов (а), напряжений (б) и совмещенная диаграмма (в) для
двухфазного короткого замыкания.
Рис. 2-5. Диаграмма изменения напряжений вдоль линии при двухфаз-
ных коротких замыканиях.
На основании выведенных выше соотношений на рис. 2-4
построены векторные диаграммы, причем с целью упроще-
ния диаграмма напряжений фаз В и С в начале линии
(рис. 2-4, в) построена для условия Х]=Х2. На рис. 2-5
приведена диаграмма, показывающая изменение фазных на-
пряжений вдоль линии и треугольника линейных напряжений
при двухфазных коротких замыканиях.
з*
35

Рассмотрение двухфазного металлического короткого за-
мыкания и векторных диаграмм позволяет сделать следую-
щие выводы.
1. При двухфазном коротком замыкании резко нарушает-
ся симметрия токов и напряжений: в контуре замкнувшихся
фаз циркулируют большие токи короткого замыкания; фаз-
ные напряжения поврежденных фаз в месте короткого замы-
кания равны половине нормального фазного напряжения;
в начале линии эти напряжения выше, но нормальных зна-
чений не достигают, и треугольник линейных напряжений
искажен.
2. Фазовые соотношения между напряжениями и токами
поврежденных фаз резко различны. Неравенство соответ-
ствующих углов (<?в Ф <рс) показано на векторной диаграмме
(рис. 2-4, в).
3. Двухфазные короткие замыкания должны отключать-
ся релейной защитой. Обычно на линиях передачи одна и
та же защита действует при трехфазных и двухфазных ко-
ротких замыканиях.
2-4. Двухфазное замыкание на землю
Граничные условия для точки К рассматриваемого корот-
кого замыкания фаз В и С в сети с большими токами замы-
кания на землю (рис. 2-6, а) следующие:
/л-0, (2-20)
Ос - 0. (2-21)
Симметричные составляющие напряжения фазы А в точке
замыкания, с учетом (2-21), определяются уравнениями:
ОъА=\иА, (2-22)
и^\-иА.
Таким образом, мы нашли, что
L/lA = U2A = O0 = ^UA. (2-23)
Из комплексной схемы замещения для рассматриваемого
вида короткого замыкания (рис. 2-6, б) определяются соста-
36

вляющие тока так называемой особой фазы А (см. при-
ложение 1):
Ал =
i^m •
/2А ^; /1Д
/0 = — 1\А '
ХуХ^
Хр
^2 + ^0
Х+х*'
(2-24)
утп 4г>|4яг XosUo
Рис. 2-6. Схема двухфазного замыкания на землю (а), комплексная схема
замещения (б) для неповрежденной фазы А и диаграмма изменения на-
пряжений вдоль линии (в).
Величину полных токов фаз В и С устанавливают по фор-
мулам (П1-6), с учетом (2-24):
(2-25)
Заметим, что /л =0 по (2-20).
Напряжения фаз Б и С в начале линии определяются
как составляющие падений напряжений (с учетом того, что
0$ = 0$ = 0):
37

0^ = ](Х, I\c + XJ2C H- ^o/o).
На рис. 2-7 построены векторные диаграммы рассматри-
ваемого вида короткого замыкания. Из диаграммы напря-
жений для точки короткого замыкания (рис. 2-7, а) видно,
что £/д = 0, так как 0\в + Ow = — О0--= — —■ ; аналогичные
соотношения справедливы для фазы С. Векторная диаграм-
ма полных токов фаз, изображенная на рис. 2-7, б, построена
Рис. 2-7. Векторные диаграммы симметричных составляющих и полных
напряжений (а), токов (б) и совмещенная диаграмма (в) для двухфаз-
ного замыкания на землю фаз В и С.
на основании соотношений (2-24) и (П1-1), причем по фазе
ток 1\а отстает от э.д.с. Яд на угол 90° в силу того, что учи-
тываются только индуктивные сопротивления. На рис. 2-7, в
показана совмещенная векторная диаграмма полных токов
и напряжений для начала линии (с учетом 2-26). Наконец,
на рис. 2-6, в приведена диаграмма изменения напряжений
вдоль линии при двухфазном замыкании на землю.
Подводя итог сказанному о двухфазном металлическом
коротком замыкании на землю в сети с заземленной ней-
тралью, приходим к такому заключению.
1. Резко нарушается симметрия напряжений. Напряже-
ние замкнувшихся фаз в точке короткого замыкания равно
нулю; в начале линии напряжения этих фаз значительно
ниже нормальных значений и определяются падением напря-
жения на сопротивлении линии до точки замыкания при про-
текании тока короткого замыкания. Напряжение здоровой
38

фазы можно считать неизменным и равным номинальному
значению.
2. В линии протекают большие токи короткого замыкания,
причем возникают токи всех последовательностей. По фазе
токи поврежденных фаз относительно соответствующих ли-
нейных напряжений оказываются в различных условиях, т. е.
симметрия токов также резко нарушается.
3. Двухфазное замыкание на землю вследствие больших
значений токов короткого замыкания поврежденных фаз,
нарушения симметрии напряжений и токов относится к ка-
тегории наиболее тяжелых коротких замыканий. Защита
в этом случае может реагировать либо на междуфазные за-
мыкания (та же защита, которая реагирует на трехфазные
короткие замыкания), либо на токи или напряжения нулевой
последовательности, используемые обычно для защиты от
однофазных замыканий (см. § 3-13).
2-5. Однофазное замыкание в сети
с большими токами замыкания на землю
Граничные условия для точки /С при металлическом за-
мыкании на землю фазы А (рис. 2-8, а) следующие:
Оа = 0, (2-27)
4 = 0,
(2-28)
/с = 0.
В замкнувшейся на землю фазе А будут протекать токи
всех последовательностей. Эти токи определяются по фор-
мулам (П1-7), с учетом (2-28):
I\a ~ з~ 1а >
1ча "4/л, (2-29)
Л) = з" ^л *
Таким образом, мы установили, что
/\л ---=4*---Л-~/д. (2-30)
Полный ток аварийной фазы
/л = 1\л f Ад + /0 =- 3/ы. (2-31)
Величина тока 1\а определяется из эквивалентной схемы
замещения (рис. 2-8,6)
39

/l„
ЛХг + Хз + Хо)
(2-32)
Из-за неучета относительно малого активного сопротивле-
ния по фазе этот ток отстает от э.д.с. Еа на 90°. На рис
2-9, а построена векторная диаграмма токов.
Симметричные составляющие напряжения поврежденной
фазы в точке К определяются на основании этой же схемы
замещения (см. также формулы (П1-9) и (П1-10):
Рис. 2-8. Схема однофазного замыкания (а), комплексная схема замеще-
ния (б) и диаграмма изменения напряжений вдоль линии (в).
UoA = —JX2I1A,
О0— —jX0/\A.
Из (2-27) вытекает, что
Следовательно,
О1А = -(О2А + и0).
Таким образом, с учетом (2-33),
Uu=J(X, + XoV'iA~
(2-33>
(2-34)'
40

Полные фазные напряжения в точке К могут быть опре-
делены по формулам (П1-6а) с помощью соотношений
(2-33) и (2-34):
-- j [(а4- - а)Хг - (а2 - 1)Х0]/1А, (2-35).
LW = aUiA + aWu + U0 =
--=У[(а-а*)*,-(а-1)*0]/м.
Заметим, что 0('а = 0 согласно (2-27).
\J1C'^2B
У ■
/ hfi >hfi * to
ч
Рис. 2-9. Векторные диаграммы симметричных составляющих и пол-
ных токов (а) и напряжений (б) для однофазного замыкания на
землю фазы А.
На рис. 2-9, б произведено построение векторной диаграм-
мы напряжений. Из этой диаграммы видно, что напряжения
здоровых фаз в месте замыкания фазы А несколько выше
нормальных фазных напряжений в начале линии. Это объяс-
няется тем, что в здоровых фазах при протекании аварийного
тока по поврежденной фазе создаются э.д.с. взаимоиндукции.
Напряжение фазы А в начале линии, с учетом того, что
Uа = 0 и соотношений (2-30), равно
(/^/^/л№+А'2 + 4 (2-36)
На векторной диаграмме напряжений для точки короткого
замыкания (рис. 2-9, б) напряжение О а в начале линии
снабжено индексом н. На рис. 2-8, в построена диаграмма,
показывающая характер изменения напряжений вдоль линии
пРи однофазном замыкании.
Из рассмотрения однофазного металлического замыкания
в сети с заземленной нейтралью можно заключить сле-
дующее.
и

1. Ток короткого замыкания протекает только в повреж-
денной фазе, причем в этой фазе появляются токи всех
последовательностей. Большая величина этого тока при ме-
таллическом замыкании вызывает резкое снижение напря-
жения поврежденной фазы в начале линии, что приводит
к искажению треугольника линейных напряжений. Послед-
нее отражается на нормальной работе потребителей.
2. Напряжения неповрежденных фаз в месте замыкания
незначительно повышаются; при этом вектор напряжения
фазы В на угол а отстает от вектора напряжения при нор-
мальной работе, а вектор напряжения фазы С на'такой же
угол опережает соответствующий вектор (рис. 2-9,6).
3. Вследствие того, что токи короткого замыкания по-
врежденной фазы имеют большую величину и однофазные
замыкания происходят наиболее часто (65—70% случаев),
на линиях передач обычно устанавливают релейную защиту,
реагирующую на однофазные короткие замыкания и дей-
ствующую на отключение соответствующих выключателей.
2-6. Однофазное замыкание в сети
с малыми токами замыкания на землю
В СССР сети напряжением 3—35 кв работают с изолиро-
ванной или компенсированной нейтралью. Токи однофазного
замыкания на землю в таких сетях определяются напря-
жением линии и емкостями фаз линии относительно земли
Как правило, эти токи невелики и обычно меньше номиналь-
ных токов линий.
Металлическое замыкание на землю фазы А в точке К
линии (рис. 2-10, а) можно представить как появление
в месте повреждения напряжения U0 = —Еа, которое сле-
дует прибавить к напряжениям фаз до повреждения, чтобы
получить напряжения фаз относительно земли после воз-
никновения повреждения (рис. 2-10, б):
£/&V=£z, —£д- КЗ £/,,., (2-37)
(/£> = Ее Ёл -K3 6V
Таким образом, напряжение поврежденной фазы А относи-
тельно земли равно нулю и в результате однофазного за-
мыкания нейтральная точка системы получает смешение, рав-
ное величине фазного напряжения*
0\ - -- Ел. (2-38)
Напряжения неповрежденных фаз относительно земли воз-
растают в КЗ раз согласно (2-37).
42

Можно полагать, что распределенные емкости фаз линии
одинаковы, следовательно, будут одинаковыми по величине
и емкостные токи неповрежденных фаз В и С:
/я
/с =
и в
X,
Of
/тСЩ
><f>
-y- =--jwL Uс
(2-39)
Через емкость фазы А ток протекать не будет, ибо она шун-
тирована металлическим (без сопротивления) замыканием.
К
ш
TTjJTT)
1с , _
/777t7777)
Jrijc Jc
7777777777*777
-/7
-в
-С
МИ?=-4
Рис 2-10. Схема однофазного замыкания в сети с изолированней
нейтралью (а) и векторная диаграмма (б).
Так как эти токи являются емкостными, они по фазе опере-
жают соответствующие напряжения на 90°.
Протекающий по фазе А ток однофазного замыкания
jpaBeH геометрической сумме емкостных токов неповрежден-
ных Лаз:
1л
(fn~fc)=J<»3C*L/u
(2-40)
Здесь Ci — суммарная емкость неповрежденных фаз в сети
данного напряжения.
Вследствие относительно малой величины токов однофаз-
ного замыкания можно пренебречь падением напряжения на
сопротивлении линии и считать напряжение в начале линии
равным напряжению в месте замыкания. Емкостный ток за-
мыкания на землю в некоторых случаях может вызвать так
называемую перемежающуюся дугу в месте по-
вреждения и возникновение перенапряжений, достигающих
{А-5)Оф[22].
43

Из сказанного выше об однофазном металлическом замы-
кании на землю в сети с изолированной или компенсирован-
ной нейтралью можно сделать следующие выводы-
1. Напряжение поврежденной фазы относительно земли
снижается до нуля, а у неповрежденных фаз может возрасти
в |/3 раз (при металлическом замыкании). Треугольник линей-
ных напряжений не нарушается, и поэтому появление одно-
фазного замыкания обычно не отражается на нормальной
работе потребителей электроэнергии.
2. Через место повреждения протекает емкостный ток.
обусловленный наличием распределенных емкостей неповреж-
денных фаз. Относительная величина этого тока обычно
невелика, однако в отдельных случаях возможна перемежаю-
щаяся дуга, вызывающая значительные перенапряжения.
Замыкание несимметрично, поэтому векторная диаграмма
токов искажена.
3. Длительное существование однофазных замыканий не-
желательно в основном потому, что напряжения здоровых
фаз относительно земли возрастают в уЗ раз, вследствие
чего увеличивается вероятность перекрытий изоляции непо-
врежденных фаз с перерастанием в двухфазные или двойные
замыкания. В целом рассматриваемое замыкание не отно-
сится к категории тяжелых. Поэтому релейная защита, реа-
гирующая на однофазные замыкания, либо вообще не
устанавливается, либо выполняется на принципе использо-
вания токов нулевой последовательности с действием на си-
гнал (см. § 3-13). Чаще всего достаточно иметь контроль
изоляции, сигнализирующий о появлении замыкания на зем-
лю. Дежурный персонал в этом случае принимает меры
к обеспечению питания потребителей по другим линиям и
отключает поврежденную линию на ремонт. Исключение со-
ставляют сети, питающие торфоразработки, угольные шахты
и т. п., где из соображений техники безопасности выполняют
защиту, действующую при однофазных замыканиях на от-
ключение.
2-7. Короткие замыкания за трансформаторами
Часто приходится рассматривать поведение релейной за-
щиты, установленной с одной стороны трансформатора,
при коротком замыкании на другой стороне трансформатора.
Если трансформатор имеет схему соединений обмоток л/Л
—12 или А/А — 12, то при этом ток короткого замыкания
трансформируется без поворота векторов. Если же транс-
форматор имеет схему соединения обмоток Л/А, то это
влечет, кроме трансформации тока короткого замыкания
в соответствии со значением коэффициента трансформации,
также поворот вектора тока на угол, соответствующий группе
44

соединения трансформатора. Этот поворот векторов и приве-
денные ниже соотношения между токами при коротком за-
мыкании за трансформатором должны учитываться при
выборе схемы и анализе поведения защиты.
Рассмотрим короткое замыкание за трансформатором,
обмотки которого соединены по схеме \/А—11. На рис.
2-11, а приведена схема трансформатора и указаны принятые
положительные направления токов. Примем для упрощения
Рис. 2-11. Короткие замыкания за трансформатором с соединением обмоток
по схеме А/д —li-
st— схема трехфазного (точка /С-/) и двухфазного (точка К~2) замыканий; б—вектор-
ная диаграмма токов для трехфазного к. з.; в — диаграмма токов для двухфазного
к. з. фаз В-С.
выводов, что числа витков в фазах трансформатора со сторо-
ны треугольника и звезды равны, т. е. w^=WjSl тогда:
1) токи в фазах треугольника будут равны токам в
фазах трансформатора со стороны звезды:
/? = /*а, (2-41)
2) линейные токи со стороны треугольника в нормаль-
ном режиме определятся выражениями:
/лдН/а-/р|-КЗ/ЛА,
/цд = |/р-/т1=КЗ/вА, (2-42)
/Сд = |/7-/.| = 1/3/Сд;
3) численное значение коэффициента трансфор-
мации такого трансформатора составляет
k = VS. (2-43)
45

На основании соотношений (2-42) на рис. 2-11,6 построе-
на векторная диаграмма токов, из которой видно, что в нор-
мальном режиме и при симметричном коротком замыкании
за трансформатором (к. з. в точке К-1) вектор линейного
тока со стороны треугольника повернут на 30° в положитель-
ном направлении относительно вектора тока соответствую-
щей фазы со стороны звезды:
IA^kfAxe^ (2-44)
Соотношение* (2-44) справедливо также в том случае, когда
короткое замыкание происходит на стороне обмотки транс-
форматора, соединенной в треугольник, а питание подводит-
ся со стороны звезды.
При двухфазном коротком замыкании на стороне звезды
(точка К-2) имеем:
/^=/„ = 0,
(2-45)
IBk = — /Сл#
Линейные токи со стороны треугольника в этом случае опре-
деляются по формулам (2-42), с учетом (2-41) и (2-45):
Iaa = —■ /да >
/дд = 2//,А , (2-46)
1сь = /са :г= ~~ ^А •
Из последних соотношений видно, что
а) ток в фазе В в два раза больше тока в двух других
фазах;
б) в фазе Л, которая со стороны звезды не повреждена
(Iaa =0), протекает ток короткого замыкания, равный по ве-
личине току в поврежденной фазе С (рис. 2-11, в).
Несимметричные короткие замыкания за трансформато-
рами могут рассматриваться также с помощью метода сим-
метричных составляющих. При этом следует учитывать груп-
пу соединения обмоток трансформатора. Если между точкой
короткого замыкания и интересующей нас точкой имеется
трансформатор со схемой соединения обмоток \/А, то при
этом между векторами токов соответствующих фаз образует-
ся сдвиг по фазе. На рис. 2-12, а приведена векторная диа-
грамма токов прямой последовательности, проходящих
* Для трансформатора с соединением обмоток иго схеме \ /Д—5
справедливо аналогичное соотношение:
fAb=kfAxeS2W или iAt^kiAKe-jW№.
46

трансформатор \/А—11. Из этой диаграммы видно, что на
стороне треугольника векторы линейного тока оказываются
повернутыми относительно соответствующих векторов со
стороны звезды на 30° в сторону опережения. На осно-
вании (2-42) и векторной диаграммы можно заключить, что:
/ma=-*/ma^W- (2-47)
Из векторной диаграммы токов обратной последователь-
ности (рис. 2-12,6) щ проходящих трансформатор \/А—11,
Рис. 2-12. Векторные диаграммы токов прямой (а) и обратной (б)
последовательностей, проходящих через трансформатор л/д—И-
видно, что со стороны треугольника векторы линейного тока
оказываются повернутыми относительно соответствующих
векторов со стороны звезды на 30° в сторону отставания:
/2лд=£/2лл*-у30°- (2-48)
Линейные токи на стороне обмотки, соединенной в тре-
угольник, не содержат токов нулевой последовательности.
2-8. Ненормальные режимы работы линий передач
Кроме коротких замыканий, основными видами наруше-
ний нормального режима работы линий передач являются
перегрузки, качания и неполнофазные режимы.
Перегрузка, т. е. протекание по линии токов, превы-
шающих нормальные расчетные токи, наступает в случаях
технологической перегрузки потребителей, отключения дру-
гих питающих линий, а также при внешних (сквозных) ко-
ротких замыканиях. Так как материал и сечение проводов
линий передач выбирают исходя из нормальных рабочих то-
ков линий и экономической плотности тока, то проте-
4Г

кание токов перегрузки влечет за собой повышение потерь.
Кроме того, длительная перегрузка может вызвать перегрев
изоляции, а также чрезмерную перегрузку токоведущих ча-
стей аппаратов, контактных соединений и сокращение срока
их службы; в некоторых случаях перегрузка линий связи
между отдельными электрическими станциями нежелатель-
на из-за уменьшения запаса устойчивости параллельной ра-
боты станций.
Как правило, токи перегрузки не представляют опасности
для целости оборудования, и протекание этих токов в тече-
G>
ff^
4^
i
Ж~
Л
КЗ
СИ
Г-2
Ы-0
Рис. 2-13. Схема параллельной работы двух генераторов с максимальной
токовой защитой на линии связи (а) и векторная диаграмма при кача-
ниях (б).
ние определенного времени допустимо. Ввиду этого на стан-
циях и подстанциях с дежурным персоналом пользуются по-
казаниями измерительных приборов (амперметров) и при
перегрузке линии разгружают путем включения резервных
линий, ограничения потребителей и т. п.
На кабельных линиях, где возможны частые пере-
грузки, в зависимости от величины перегрузки и ответствен-
ности линии, может устанавливаться релейная защита, дей-
ствующая на сигнал или отключение с выдержкой времени.
На воздушных линиях релейная защита от перегрузки не
устанавливается.
Качания. Рассмотрим параллельную работу двух ге-
нераторов Г-1 и Г-2, связанных линией АБ (рис. 2-13, а).
При нормальной работе э.д.с. и угловые частоты генераторов
одинаковы {Ех = Е2у u)i = w2), а угол о между векторами
э.д.с. соответствует нагрузке генераторов и параметрам си-
стемы (обычно Ъном =20—50°). При затяжных тяжелых ко-
ротких замыканиях, отключениях линий, набросах нагрузки
и некоторых других ненормальных режимах работы системы
возможно нарушение устойчивости параллельной работы.
Если угловые частоты генераторов неодинаковы (о>, ф а)2),
то это приводит к увеличению S, возникновению качаний и
асинхронному ходу. При этом генераторы сохраняют устой-
48

чивость и работают параллельно, если угол о не превышает
Ьнршп\ в противном случае устойчивость нарушается.
При возникновении качаний значительно возрастают урав-
нительные токи Iyp, протекающие по линии, обусловленные
несовпадением по фазе э.д.с. генераторов Ех и Е2 и появле-
нием э.д.с. Д£:
/ур = ^, (2-49)
Рис. 2-14. Изменение уравнительного (а) и полного (б) токов линии
при качаниях.
Пунктиром показано изменение напряжения при качаниях.
где
Д£ = Ёх - - £2 = 2£sin |; (2-50)
Zc — суммарный импеданс связи, включающий сопро-
тивления генераторов и линии.
Из рис. 2-13,6 видно, что при 8 = 0,Д£ = 0 и 1УР =0 (ре-
жим холостого хода генераторов); при В =180° Д£ макси-
мально и равно 2Е.
По фазе уравнительный ток отстает от Д£ на угол <рс,
определяемый характером сопротивления Zc:
<Pe = arctgg. (2-51)
На рис. 2-14, а приведена кривая изменения уравнитель-
ного тока ненагруженной линии в функции угла 8. Уравни-
тельный ток может значительно превышать номинальный ток
линии, уставки срабатывания токовой защиты и даже значе-
ния токов трехфазного короткого замыкания. На этом же
рисунке показаны для примера ток срабатывания максималь-
ной токовой защиты /гз» ток возврата реле 1е и номиналь-
ный ток линии /«. Очевидно, если 1защ < ta6> то защита при
4 М. В. Титаренко, И. Л. Носков-Дукельскип
49

качаниях сработает и неселективно отключит линию АБ
(рис. 2-13, а).
Таким образом, при качаниях протекающий по линии
уравнительный ток пульсирует согласно кривой рис. 2-14, а.
Как показывает опыт эксплуатации, период качаний обычно
находится в пределах от 0,2 до 2 сек., т. е. частота качаний
в 10—100 раз меньше нормальной частоты промышленного
тока. Это свойство относительно медленного изменения тока
при качаниях по сравнению со скоростью изменения тока при
коротких замыканиях часто используется для выполнения
блокировок, выводящих защиты из действия при качаниях и
тем самым предотвращающих неправильную работу защит
(см. § 6-13).
На рис. 2-14,6 показано изменение полного тока нагру-
женной линии при качаниях.
Возникновение качаний сопровождается значительными
колебаниями напряжений, показанных пунктиром на рис.
2-14. Колебания напряжения могут вызвать неправильную
работу реле напряжения и других реле, реагирующих на на-
пряжение или его составляющие. Пульсация напряжения обу-
словливает также значительные колебания токов нагрузки
потребителей и может вызвать неправильную работу токо-
вых защит.
Точка электрической системы, где при возникновении ка-
чаний напряжение принимает минимальное, а уравнительные
токи — максимальное значения, называется электриче-
ским центром. Приближенно можно считать, что элек-
трический центр располагается в точке, соответствующей по-
ловине полного сопротивления Zc.
Далее при рассмотрении отдельных защит будет рассмат-
риваться их поведение при качаниях, в частности, более под-
робно рассмотрено поведение дистанционных защит при
качаниях (см. § 6-13).
Надежным средством в борьбе с нарушениями нормаль-
ного режима, которые могут вызывать качания, является
применение современных средств системной автоматики:
быстродействующих регуляторов напряжения и частоты, ав-
томатической частотной разгрузки, автоматического повтор-
ного включения без контроля синхронизма, быстродействую-
щих релейных защит. В современных энергетических системах
качания не представляют опасности благодаря широкому
внедрению указанных выше средств автоматики, применению
быстродействующего оборудования (выключателей), правиль-
ному проектированию межсистемных связей.
В некоторых случаях, когда возможно возникновение ка-
чаний и их не удается быстро ликвидировать, прибегают к
искусственному разделению системы в заданных точках на
несинхронно работающие части, применяя для этой цели спе-
50

циальные делительные защиты [19]. Следует, однако,
отметить, что за последние годы делительные защиты приме-
няются всё реже.
Во избежание неправильной работы защит при качаниях
применяют упомянутые выше блокировки, выводящие из
действия те защиты, которые при возникновении качаний сра-
батывают неправильно.
Неполнофазные режимы работы линий передач,
т. е. режимы работы при обрыве или длительном выходе из
строя одной фазы линии, получают распространение в сов-
ременных энергосистемах. Анализ работы линий и поведения
защит при неполнофазных режимах является предметом спе-
циального курса [4] и в данной работе не рассматривается.

Глава третья
ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
3-1. Принцип действия и органы максимальной
токовой защиты
Максимальной токовой называется защита, реа-
гирующая на увеличение тока в защищаемой линии сверх
заданного значения. Благодаря простоте выполнения и надеж-
ности работы максимальная токовая защита получила наибо-
лее широкое распространение для защиты от коротких замы-
каний и ненормальных режимов работы линий передач и дру-
гих элементов электрических систем.
На рис. 3-1, а приведена совмещенная однолинейная схе-
ма максимальной токовой защиты с независимой выдержкой
времени. Защита имеет пусковой орган и орган выдержки
времени, а также указательное и промежуточное реле.
Пусковой орган (токовое реле Т) срабатывает в том
случае, если протекающий по обмотке реле ток достигнет или
превысит заранее установленное значение тока срабатыва-
ния (ток уставки реле), т. е. если
/,>V (з-i)
Реле времени В служит для создания выдержки вре-
мени, необходимой для посылки импульса на отключение
выключателя через определенный промежуток времени.
После того, как сработают токовое реле и реле времени,
плюс оперативного тока через катушку указательного реле
У подается на катушку отключения КО выключателя.
Указательное реле У (его называют также сиг-
нальным реле или блинкером) включено последовательно с
катушкой отключения выключателя. Сигнальный флажок,
выпадающий при срабатывании указательного реле, фикси-
рует сработавшую защиту (если их имеется несколько) и поз-
воляет сделать заключение о правильности ее работы, не-
исправностях привода или выключателя и т. д.
52

Промежуточное реле П также выполняет вспомо-
гательную функцию — оно служит для замыкания цепи от-
ключающей катушки, если недостаточна мощность контак-
тов реле, подающих импульс на отключение. Обычно реле
времени имеет достаточно мощные контакты, и промежуточ-
ное реле в таком случае можно не устанавливать. Однако
другие реле, например токовые, не способны замкнуть цепь
t
От других
защит L<
к
i
I
Jcp
Рис. 3-1. а —схема максимальной токовой защиты линии:
I—-токовое реле, 2 —реле времени, 3 — указательное реле (блинкер), 4 — промежу-
точное реле;
б —- независимая от тока характеристика выдержки времени.
отключения выключателя. Они подают (через свое указатель-
ное реле) импульс на катушку промежуточного реле. В этом
случае промежуточное реле называют выходным. Кроме
того, промежуточное реле служит для размножения контак-
тов, если требуется подать одновременно несколько импуль-
сов (на отключение и включение нескольких выключателей,
на сигнализацию и т. п.).
Отметим, что защита сработает лишь при выполнении
условия
(3-2)
где t3au — время, в течение которого токовое реле удержи-
вает свой якорь притянутым и контакты замкну-
тыми;
tpB — время срабатывания реле времени при данной
уставке;
53

tpnfttomK.B—собственное время срабатывания соответственно
промежуточного реле и отключения выключателя.
При невыполнении условия (3-2) токовое реле, а вслед
за ним и вся схема, вернутся в исходное положение, и отклю-
чения линии не произойдет.
Приведенная на рис. 3-1, а схема защиты имеет незави-
симую от тока выдержку времени (рис. 3-1,6), если пре-
ь
Рис. 3-2. Схема максимальной токовой защиты линии (а), выполнен-
ной с помощью одного реле, имеющего зависимую от тока выдержку
времени (б).
небречь относительно малым собственным временем сраба-
тывания пускового органа и считать, что этот орган срабаты-
вает мгновенно, как только ток достигает величины 1ср . Вы-
держка времени защиты t3 создается реле времени В; время
срабатывания промежуточного реле не учитываем, так же
как и токового реле.
Функции пускового органа и органа выдержки времени
могут быть совмещены в одном реле. Принципиальная схема
защиты линии в таком случае имеет, например, такой вид,
как на рис. 3-2, а. На рис. 3-2,6 приведена так называемая
зависимая от тока характеристика выдержки времени,
которую имеет реле специальной конструкции. Достоинством
этого реле и в целом схемы защиты является простота,
а также примерно обратно пропорциональная зависимость
времени срабатывания защиты от величины тока, протекаю
щего через реле.
Ниже рассмотрены конструкции наиболее распространен-
ных токовых реле.
54

3-2. Электромагнитное токовое реле типа ЭТ-520
На рис. 3-3 представлена схема реле типа ЭТ-520.
Реле состоит из магнитопровода У, на полюсных наконеч-
никах которого расположены две одинаковые обмотки 2.
Между полюсными наконечниками помещен Z-образный
стальной якорь 3. Реле имеет ось 4У которая может повора-
чиваться в подпят-
никах 10 и на ко-
торой закреплены
якорь 5, контактный
мостик 6 и один ко-
нец спиральной пру-
жины 5. Другой ко-
нец этой пружины
связан с поводком-
регулятором S, уста-
новкой которого по
шкале 9 можно из-
менять момент со-
противления пружи-
ны пропорционально
ее углу закручива-
ния.
При протекании
тока 1Р по обмот-
кам реле на якорь 3
действует вращаю-
щий электромагнит-
ный момент,, который стремится повернуть якорь по часовой
стрелке (см. рис. 3-3):
Мвр = кРр. (3-3)
Повороту якоря препятствует момент, создаваемый пружи-
ной 5.
Если Мер превысит момент сопротивления пружины, то
реле сработает, т. е. якорь реле повернется по часовой стрел-
ке и контактный мостик 6 замкнет контакты 7.
Поворот поводка-регулятора 8 по шкале 9 направо уве-
личивает момент сопротивления пружины и тем самым —
ток срабатывания реле. Реле изготавливают таким образом,
что с помощью регулятора 8 можно плавно регулировать ток
срабатывания реле, причем ток срабатывания реле при край-
нем правом положении регулятора 8 в два раза больше тока
срабатывания при крайнем левом положении регулятора.
Кроме плавной регулировки тока срабатывания, реле поз-
воляет осуществлять изменение тока срабатывания путем
Рис. 3-3. Электромагнитное токовое реле с по.
воротным якорем типа ЭТ-520.
/ — магнитопровод; 2 — обмотки; 3 — якорь; 4 — ось
реле; 5 — спиральная пружина; 6 — подвижный кон-
тактный мостик; 7 — неподвижные контакты; 8 — по-
водок-регулятор тока срабатывания; 9 — шкала уста
вок; 10 — подпятники оси.
55

последовательного или параллельного соединения обмоток
2. На рис. 3-4, а обмотки реле соединены последовательно и
обтекаются полным током /р, подводимым от трансформа-
тора тока. Последовательному соединению обмоток
соответствуют токи срабатывания реле, обозначенные на
шкале уставок 9. Если соединить обмотки реле параллельно,
как это показано на рис. 3-4, б, то в этом случае по каждой
Рис. 3-4. Схема подключения токового реле типа ЭТ-520 к трансформа-
тору тока при соединении обмоток реле последовательно (а) и па-
раллельно (б).
из обмоток реле будет протекать половина тока** 1р, и
шкалу уставок надо умножить на два, т. е. реле будет сраба-
тывать при вдвое больших токах. Таким образом, пересоеди-
нением обмоток изменяется ток срабатывания реле в два
раза. Отметим, что для удобства пересоединения обмоток их
выводы скрещиваются, как показано на схеме (рис. 3-4).
Реле изготавливаются на разные пределы по току сраба-
тывания. Наибольший ток, при котором срабатывает реле
с параллельным соединением обмоток и крайнем правом по
ложении поводка-регулятора, указывается в знаменателе
обозначения типа реле. Например, реле типа ЭТ-521/10 поз-
* Обмотки реле полярны, и потому если у одной из них выводы
будут подключены неверно, то магнитные потоки, создаваемые верхней
и нижней обмотками реле, не будут складываться, и реле будет срабаты-
вать под действием потоков рассеяния при токах, примерно в два раза
превышающих ток срабатывания реле при правильном включении обмоток
** При рассмотрении этого вопроса необходимо иметь в виду, что
величина вторичного тока трансформатора тока, протекающего по обмот-
кам реле, определяется первичным током в линии и коэффициентом транс-
формации трансформатора тока и практически не зависит от того, как.
соединены обмотки токового реле — последовательно или параллельно
56

воляет изменять ток срабатывания от 2,5 до 10 а (от 2,5 до»
до 5 а при последовательном соединении обмоток и от 5 до
10 а при параллельном соединении).
Благодаря простоте конструкции и высокой надежности
в эксплуатации реле типа ЭТ-520 получили широкое распро-
странение в релейной защите и автоматике. Существенным
недостатком токовых реле типа ЭТ-520 является вибрация
контактов при протекании нормальных токов по обмотке, а
также при срабатывании.
Основные параметры реле типа ЭТ-520 приведены в при-
ложении 2.
Кроме рассмотренного выше реле электромагнитного типа,,
в релейной защите и автоматике очень широко применяются
реле, построенные на индукционном принципе. Ниже рассмат-
ривается принцип работы индукционного элемента, который
является основным элементом многих конструкций индукци-
онных реле.
3-3. Индукционный элемент с короткозамкнутым витком
Индукционный элемент (рис. 3-5) состоит из магнитопро-
вода /, на полюсные наконечники которого насажен коротко-
замкнутый виток 2, экранирующий часть сечения наконечни-
ка. На магнитопроводе размещена обмотка 3. В рабочем за-
зоре между полюсными наконечниками помещен алюминие-
вый диск 4, который может вращаться вокруг своей оси 5.
На оси закреплен подвижный контактный мостик 6, замыка-
ющий при повороте диска контакты 7. С другой стороны диск
охватывается наконечниками постоянного магнита 8.
Известно, что электромагнит с одной обмоткой может со-
здать вращающий момент на диске только в том случае, если
диск будет пронизываться двумя потоками, сдвинутыми в
пространстве и во времени, т. е. по фазе [10].
При протекании тока по обмотке 3 создается магнитный
поток Ф, который расщепляется на два потока Ф\ и Фг, за-
мыкающиеся соответственно через экранированную и неэкра-
нированную части полюсных наконечников. Из рис. 3-5, б
видно, что потоки Ф{ и Ф2 смещены в пространстве.
В рассматриваемой системе благодаря наличию коротко-
замкнутого витка потоки Ф\ и Фг смещаются также и по фа-
зе. Это смещение поясняется векторной диаграммой (рис.
3-5, в). За исходный вектор при построении диаграммы при-
нят результирующий поток Ф\, выходящий из экранированной
части. Поток Ф\ индуктирует в короткозамкнутом витке э.д.с.
Ек, отстающую на 90° от потока Ф\. Под действием э.д.с. Ек в
короткозамкнутом витке протекает ток /*-, который вслед-
ствие относительно малой индуктивности этого витка (виток
изготавливается из меди большого сечения, обычно wK = l)
57

можно считать совпадающим по фазе с Ек. Ток 1К, в свою
очередь, создает в диске поток Фл. Поток Фх можно рас-
сматривать как геометрическую сумму потоков Ф'\ и Фк:
Фг = ф\ + фк ,
где Ф\ — поток экранированной части при отсутствии корот-
козамкнутого витка, совпадающий по направле-
нию с потоком неэкранированной части;
Фк — поток, обусловленный короткозамкнутым витком.
Рис. 3-5. Схема устройства индукционного элемента с короткозамкнутым
витком:
а — вид сбоку; б —• вид сверху; в — векторная диаграмма.
/ — магнитопровод; 2 — короткозамкнутый виток; 3 — обмотка; 4 — диск; 5 — ось;
6 — подвижный контактный мостик; 7 — контакты; 8 — постоянный магнит.
Как видно из векторной диаграммы, между потоками Ф\
и Ф2 имеется угол ф, т. е. они не совпадают по фазе.
Потоки 01 и Ф2, пронизывающие диск, индуктируют в нем
э.д.с. £^ и Е^ду соответственно отстающие на 90° от вызвав-
ших их потоков. Под действием этих э.д.с. в диске создаются
вихревые токи 1\д и /2а. Поток Ф\ взаимодействует с током
hd, а поток Ф2 взаимодействует с током* Iw- В результате
Взаимодействие потока Ф\ со своим током /id не создает враща-
ющего момента на диске, так как между ними угол 90°:
Мвр = k 0Jw COS {Ф1 Iw) .=0.
58

этого взаимодействия создается вращающий момент, под дей-
ствием которого диск поворачивается:
Мвр = кФ1Ф2 cos(90° — ф)= k Ф^Ф2 sin <|>.
Так как в ненасыщенной магнитной системе потоки пропор-
циональны токам и оба потока Ф\ и Ф2 создаются одним и
тем же током 1Р, вращающий момент на диске может быть
выражен следующим образом:
Mep = kl*sln$. (3-4)
Постоянный магнит 8 выполняет функцию тормозной пру-
жины. При движении диска в нем индуктируются вихревые
токи, вызванные полем постоянного магнита, которые взаимо-
действуют с потоком постоянного магнита и создают момент
сопротивления. Этот момент пропорционален скорости враще-
ния диска, которая, в свою очередь, пропорциональна току
в катушке реле.
С другой стороны, скорость вращения диска пропорци-
ональна току в катушке индукционного элемента. Ниже, при
рассмотрении реле типа ИТ-80, мы увидим, что один из основ-
ных элементов реле — индукционный элемент — обеспечивает
получение ограниченно-зависимой от тока характеристики
выдержки времени (см. рис. 3-8).
3-4. Индукционное токовое реле типа ИТ-80
Реле типа ИТ-80 (рис. 3-6) состоит из двух элементов —
индукционного и электромагнитного.
Индукционный элемент состоит из магнитопрово-
да / с экранирующими короткозамкнутыми витками 2; алю-
миниевого диска 3, который вместе с червяком 5 помещен на
одной оси 4; скобы 6, на которой укреплены подпятники 7
оси диска и червяка (сама скоба 6 может поворачиваться на
небольшой угол в подпятниках 8, укрепленных на неподвиж-
ном корпусе реле); пружины 9, удерживающей скобу 6 в на-
чальном положении; винта 10 для регулирования начального
положения скобы 6; стальной пластины //, у которой один
конец закреплен на скобе 6, а другой расположен у магни-
топровода 1\ зубчатого сектора 12, который при повороте ско-
бы входит в зацепление с червяком 5, а при нормальной ра-
боте своим поводком 13 свободно опирается на движок 14;
движка 14, который можно перемещать с помощью винта 15
вдоль шкалы уставок выдержки времени 16; постоянного маг-
нита 17, создающего момент торможения.
Электромагнитный элемент. Магнитопровод
электромагнитного элемента образуют магнитопровод 1, ко-
59

торый является общим с индукционным элементом, шихто-
ванный стержень 18 и якорь 19. На якоре 19 слева укреплено
коромысло 20, замыкающее контакты при срабатывании ре-
ле. Правый конец якоря имеет небольшой короткозамкнутыи
виток 21 для уменьшения вибрации якоря при притягивании
его к магнитопроводу 1. Электромагнитный элемент имеет
винт 22 для регулирования начального зазора между магни-
топроводом 1 и якорем 19.
Рис. 3-6. Индукционное токовое реле типа ИТ-80.
/ — магнитопровод; 2 — короткозамкнутые витки; 3 — диск; 4 — ось;
5 — червяк; 6 — скоба, поворачивающаяся в подпятниках 8;
7— подпятники оси диска; 9 — пружина; /0 — установочный винт
скобы; // — стальная пластина: 12 — зубчатый сектор с повод-
ком 13; 14 — движок установки зубчатого сектора, 15 — винт с го-
ловкой; /5 —шкала уставок выдержки времени; /7 — постоянный
магнит; /8 — стержень магнитопровода электромагнитного элемента;
19 — якорь электромагнитного элемента; 20 — коромысло; 21 — ко-
роткозамкнутыи виток якоря 19; 22 — регулировочный винт кратности
этсечки; 23 — обмотка реле с ответвлениями; 24 — переходная плата
с контактными винтами (регулировка тока срабатывания реле);
25 — контакты реле.
Общими для обоих элементов являются: обмотка реле 23
с ответвлениями, выведенными на переходную плату 24; кон-
такты реле 25; указательный флажок, выпадающий при сра-
батывании реле (на рис. 3-6 не показан).
При протекании тока по обмотке реле благодаря экрани-
рованию части полюсных наконечников создается враща-
ющий момент (см. § 3-3). При токе (0,2—0,3) 1ср диск на-
чинает вращаться, но червяк 5 не сцепляется с сектором 12,
так как пружина 9 оттягивает скобу 6 в начальное положение,
и, следовательно, реле не срабатывает.
60

Когда ток в обмотке реле достигнет величины тока сраба-
тывания*, вращающий момент Мвр превысит сопротивление
пружины Мпр и тормозной момент постоянного магнита
Мторм (рис. 3-7). Под действием Мвр диск 3 со скобой 6 по-
вернутся относительно оси S, и червяк 5 войдет в зацепление
с зубчатым сектором 12. Так как диск продолжает вращать-
ся, то зубчатый сектор 12 поднимается вверх и своим повод-
ком 13 будет поднимать коромысло 20. При этом якорь элект-
ромагнитного элемента 19 поворачивается по часовой стрел-
ке, зазор между якорем и магнитопроводом уменьшается. В
Рис. 3-7. Силы, действующие на диск реле типа ИТ-80
(обозначения по рис. 3-6).
результате этого правый конец якоря притягивается к маг-
нитопроводу, а коромысло 20 замыкает контакты реле 25.
Как только произойдет зацепление червяка с зубчатым сек-
тором, на диск начинает действовать собственный вес зубча-
того сектора, и скорость вращения диска уменьшается. При
этом уменьшается также Мвр, и диск со скобой могут вер-
нуться в начальное положение. Это предотвращает стальная
пластина 11, которая при достижении тока срабатывания в
обмотке и насыщении магнитопровода притягивается к маг-
нитопроводу и тем самым создает дополнительное усилие
в направлении лучшего зацепления червяка с зубчатым сек-
тором (см. рис. 3-7). Очевидно, это несколько уменьшает
коэффициент возврата индукционного элемента реле.
Регулировкой начального положения движка 14 изменя-
ется путь, который должен пройти зубчатый сектор 12 после
начала зацепления с червяком 5. Таким образом регулиру-
ется время срабатывания индукционного элемента
(указывается в секундах на шкале 16 для 5—8-кратного то-
* Током срабатывания индукционного элемента IСр называ-
ется то наименьшее значение тока, при котором происходит поворот дис-
ка и зацепление зубчатого сектора с червяком; ток возврата — это
наибольший ток, при котором происходит расцепление сектора с червя-
ком; индукционный элемент обычно имеет К в =0,8—0,85.
61

ка срабатывания). При увеличении уставки выдержки време-
ни характеристика соответственно перемещается вверх (см.
рис. 3-8).
Ток срабатывания реле регулируется переключе-
нием числа витков обмотки. Для возможности переключений
во время работы реле (обмотка реле подключена к трансфор-
матору тока, вторичную цепь которого нельзя размыкать)
$ 5
V
£
'Зависима*
часть
1
.У
Леза
бисим
/ас то
ая
Яремясра-^
1 батыбания
1 отсечки |
Кратность тока(-^- )
? в
УСТ'
ю
Рис. 3-8. Ограниченно зависимая характеристика вы-
держки времени срабатывания реле типа ИТ-80:
/ — при уставке *= 2 сек и кратности отсечки, равной 8; 2— при
уставке t = 4 сек.
предусмотрена плата 24 с двумя контактными винтами (сво-
бодный винт ставится в нужное гнездо, а затем вывинчивает-
ся работавший до тех пор винт).
Чем больший ток будет протекать по обмотке реле, тем
быстрее будет вращаться диск и, следовательно, быстрее сра-
ботает индукционный элемент реле. Этим объясняется зави-
симая часть характеристики выдержки времени реле ИТ-80
(рис. 3-8). При больших кратностях тока, протекающего че-
рез обмотку реле, наступает насыщение магнитной системы.
Это обусловливает независимую от тока часть характеристи-
ки выдержки времени.
Кроме того, электромагнитный элемент реле ИТ-80 может
срабатывать мгновенно, так как при достаточно большом то-
ке якорь 19 сразу притягивается к магнитопроводу и замы-
кает контакты. Поэтому электромагнитный элемент часто
называют отсечкой. Время срабатывания отсечки состав-
ляет ~0,05 сек. Кратность тока срабатывания отсечки регу-
62

лируется изменением начального воздушного зазора между
якорем 19 и магнитопроводом с помощью винта с делениями
22 (обычно в пределах от 2 до 16 1ср). На рис. 3-8 характе-
ристика 1 построена для кратности отсечки, равной 8. Таким
образом, с помощью одного реле типа ИТ-80 можно осуще-
ствить быстродействующую отсечку от коротких замыканий
и защиту с выдержкой времени, действующую при пере-
грузке.
У реле типов ИТ-83, ИТ-84 индукционный и электромаг-
нитный элементы имеют отдельные контакты, что позволяет
применять одно реле как для защиты от короткого замыка-
ния с действием на отключение, так и для защиты от пере-
грузки с действием на сигнал.
Реле типа ИТ-80, несмотря на сложность конструкции,
применяются весьма широко.
Они изготовляются на разные пределы по току срабаты-
вания, времени срабатывания индукционного элемента, крат-
ностям отсечки, типу и числу оперативных контактов. Выпу-
скаются реле с усиленными контактами, работающие в схе-
мах защиты с переменным оперативным током (ИТ-85,
ИТ-86).
В приложении 3 приведены основные технические пара-
метры выпускаемых отечественными заводами реле типа
ИТ-80.
3-5. Электромагнитное реле напряжения типа ЭН-520
Конструктивно реле напряжения типа ЭН-520 аналогич-
ны токовым реле типа ЭТ-520 (см. рис. 3-3). Отличием явля-
ется только то, что обмотки реле напряжения имеют отно-
сительно большое число витков малого сечения, так как обыч-
но предназначены для включения на напряжение 100 в (на
вторичную сторону трансформатора напряжения). Выпуска-
ются реле максимального и минимального напряжения.
Реле максимального напряжения (типа ЭН-524 и ЭН-526),
срабатывающие при увеличении напряжения выше
уставки, имеют коэффициент возврата &«<1, т. е. также, как
и реле максимального тока типа ЭТ-520.
Реле минимального напряжения (типа ЭН-528) имеют
ke >1. То, что коэффициент возврата больше единицы, объяс-
няется следующим. Во время нормальной работы, когда к
обмотке реле подведено напряжение 100 в, якорь реле притя-
нут. Реле срабатывает при снижении напряжения ниже на-
пряжения уставки. Это будет Ucp. При повышении напряже-
ния реле вновь притянет свой якорь и вернется в нор-
мальное рабочее положение при напряжении возврата реле
Uв, которое, очевидно, будет больше напряжения Ucr). По-
этому (см. форм. (1-2):
63

В приложении 4 приведены основные технические данные
реле типа ЭН-520. В знаменателе обозначения типа реле ука-
зывается то наибольшее напряжение срабатывания реле, ко-
торое может быть получено при последовательном соедине-
нии полуобмоток реле и крайнем правом положении повод-
ка-регулятора напряжения срабатывания.
3-6. Вспомогательные реле, применяемые в схемах
релейной защиты
Реле времени служат для создания выдержки време
ни в различных схемах защиты и автоматики. В СССР полу-
чили распространение такие конструкции реле времени, в ко-
торых выдержка создается специальным часовым (анкер-
ным) механизмом. Ниже рассмотрена конструктивная схема
реле времени постоянного тока типа ЭВ (рис. 3-9). Реле по-
казано в положении, когда катушка / реле обесточена, ве-
дущая пружина 11 заведена (растянута) и удерживается в
этом положении пальцем 9, упирающимся в верхнюю часть
якоря 3.
Если по катушке реле пропустить ток, то якорь притянет-
ся вниз. При этом сжимается возвратная пружина 4 и осво-
бождает палец 9. Затем пружина 11 начнет поворачивать
зубчатый сектор 10, который, в свою очередь, через шестер-
ню 13 будет вращать валик. На этом валике спереди разме-
щен подвижный контакт 22, а с другого конца — фрикцион-
ное сцепление 14, показанное отдельно на рис. 3-9, бив.
Фрикционное сцепление обеспечивает связь валика шестер-
ни 13 с шестерней 15, которая через промежуточные шестер-
ни 16, 17 и 18 передает вращение на анкерное колесо 19. По-
ворот анкерного колеса 19 возможен только постепенный,
что достигается соответствующими качаниями анкерной ско-
бы 20, регулируемыми перемещением грузиков 21.
Таким образом, время срабатывания реле определяется
настройкой анкерного механизма и зависит от расстояния,
которое требуется пройти подвижному контакту 22 до за-
мыкания с неподвижным контактом 23. Переставляя кон-
такты 23 по шкале 24, можно получить требуемую выдержку
времени.
При втягивании якоря поводок 5 производит мгновенное
размыкание дополнительных контактов 6-7 и замыкает кон-
такты 6-8. Эти контакты выполняют вспомогательные функ-
ции, например, замыкают сигнальную цепь или вводят при
срабатывании реле последовательно с катушкой добавочное
64

сопротивление Ro06 (рис. 3-10), которое в момент срабатыва-
ния реле дешунтируется мгновенными контактами 6-7. Та-
кое включение Rdo6 позволяет облегчить габариты катушки
и сделать реле термически устойчивым, способным длитель-
но (свыше 30 сек.) находиться под током.
Рис. 3-9. Схема устройства реле времени типа ЭВ-120.
/ — катушка; 2 — магнитопровод; 3 — якорь; 4 — возвратная
пружина; 5 — поводок; 6 — подвижный мгновенный контакт;
7—8 — неподвижные мгновенные контакты; 9 — палец:
/0 —зубчатый сектор; // — ведущая пружина; /2 — скоба для
изменения натяжения пружины; 13 — шестерня; 14 — фрик-
ционное сцепление (14А— звездочка, 14Б—шарик, 14В—поу-
жинки, 14Г—обойма); /5—ведущая шестерня; /5 —трибка
часового механизма; 17—18 — промежуточные шестерни часо-
вого механизма; 19 — анкерное колесо; 20 — анкерная скоба;
21 -грузики; 22— подвижный контакт; 23 — неподвижный
контакт; 24 — шкала.
При отключении катушки реле пружина 4 практически
мгновенно возвращает якорь в начальное положение, осу-
ществляя при этом размыкание контактов 22-23 и завод пру-
жины 11.
Реле времени типа ЭВ имеют достаточно мощные кон-
такты, способные замыкать цепи отключающих катушек вы-
ключателей любого типа. Поэтому в схемах с реле времени
на выходе обычно не устанавливают промежуточных реле,
В приложении 5 приведены основные технические данные
реле времени типа ЭВ.
Сигнальные реле применяются для указания сра-
ботавшей защиты и подачи сигнала.
Схема устройства сигнального (указательного) реле пот
стоянного тока типа ЭС-21 приведена на рис. 3-11. Это — элек-
5 М. В. Тнтаренко, И. А. Носков-Дукельский
65

тромагнитное реле клапанного типа мгновенного действия,.
На подвижном якоре реле имеется выступ, на который опи-
рается поворотный сигнальный флажок. При протекании
тока по катушке реле якорь притягивается, и сигнальный
флажок падает вниз, повора-
чиваясь вокруг своей оси. Од-
новременно контактная план-
ка 7 замыкает вспомогатель-
ные контакты, замыкающие,
например, цепь сигнала. Вы-
павший сигнальный флажок
виден в стеклянном окошке
крышки реле и возвращается
в исходное положение поворо-
J- р . . том рычага 10 вручную.
Rdo6 Указательные реле выпус-
I 1—| |—1—Z каются для последовательного
(реле тока или сериесные блин-
керы) и параллельного (реле
напряжения, или шунтовые
блинкеры) включения в сеть.
Пример включения сериесного
блинкера приведен на рис. 3-1, а. В этом случае необходимо
выбирать блинкер, катушка которого может пропустить и вы-
Рис. 3-10. Схема включения доба-
вочного сопротивления для повы-
шения термической устойчивости
катушки реле времени.
Рис. 3-11. Схема устройства сигнального (ука-
зательного) реле типа ЭС-21.
/ — магнитопровод; 2 — катушка; 3 — якорь с высту-
пом 4\ 5 — пружина: 6 — сигнальный флажок: 7— кон-
тактная планка; 8 — контакты. 9 — стеклянное окошко
в крышке реле; 10 — рычаг для поворота сигнального
флажка.
держать ток отключающей катушки привода выключателя..
Шунтовой блинкер включается параллельно катушке проме-
жуточного реле.
66

Указательные реле не устанавливаются в схемах защиты
в тех случаях, когда основные реле имеют встроенные указа-
тели срабатывания, например в реле типа ИТ-80.
Основные технические данные указательных реле типа
ЭС-21 приведены в при-
ложении 6.
Промежуточ-
ные реле применя-
ются в тех случаях,
когда недостаточны
число или коммутаци-
онная способность кон-
тактов основных реле.
При протекании то-
ка по катушке реле
якорь притягивается и
нормально закрытые
контакты размыкают-
ся, а нормально от-
крытые контакты замы-
каются. Возврат реле в
исходное положение Рис 3-12. Электромагнитное проме-
осуществляется пружи- жуточное реле типа ЭП-100.
ной, как только катуш-
ка реле будет обесточена.
В приложении 7 приведены основные технические данные
промежуточных реле типа ЭП-100.
3-7. Устранение вибрации якоря электромагнитных реле
переменного тока
Как было показано выше (см. § 1-2), тяговая электро-
магнитная сила F9 пропорциональна квадрату тока. В элек-
тромагнитных реле постоянного тока, очевидно, электромаг-
нитная сила будет также постоянной, и если F9>Fconp, то ре-
ле будет надежно срабатывать.
В электромагнитных реле переменного тока по обмотке
протекает синусоидальный ток, поэтому
Ft9=kll = k (/max sin Ы)\ (3-5)
Заменяя
sin2o)*=i (1 -cos2u>/) ,
получим
^ = 4/Lx-47-xCOs2o)t. (3-6)
Как следует из (3-6), электромагнитная сила состоит из
двух составляющих: независимой от времени постоянной
5* 67

составляющей k ^Ч^* и пульсирующей с двойной частотой
переменной составляющей k ^ ^аХ cos 2 Ы. Таким образом
полная электромагнитная сила пульсирует с двойной часто-
той. Из рис. 3-13 видно, что эта сила Fta в каждый полупериод
принимает нулевые значения.
Ль
соттр
Кронах
у т *j
Рис 3-13. Кривые тока и электромагнитной силы
на якоре.
Если противодействующие устройства, например пружи-
на, обладают противодействующей срабатыванию СИЛОЙ Г сопру
то в момент tu когда Ft3—Fcon/n якорь реле притянется,
а после момента U, когда Ft3 <Fconp, отойдет. Таким обра-
зом, якорь реле будет вибрировать с двойной частотой. Виб-
рация якоря приводит к изменению давления в контактах
реле, создает гудение и неприятный шум. Она вызывает
искрообразование и ненадежное замыкание оперативной цепи
контактами реле, что приводит к кратковременному замыка-
нию и размыканию цепи.
Для устранения вибрации якоря необходимо создать
такие условия, чтобы значение электромагнитной силы было
не ниже Fconp, т. е. должно выполняться условие
Ft* > Fconp . (3-7)
В электромагнитных реле переменного тока для этой це-
ли получили распространение конструкции, в которых дей-
ствуют одновременно два потока, сдвинутых по фазе. Элек-
тромагнитная сила, созданная каждым из этих потоков,
принимает нулевые значения не в одно и то же время. Таким
образом, действующая на якорь суммарная электромагнит-
ная сила имеет постоянную составляющую, и если эта сос-
тавляющая выше F сопру то вибрации якоря не будет.
Для создания двух сдвинутых по фазе потоков применя-
ют два способа:
F8

1) экранируют короткозамкнутым витком часть полюс-
ного наконечника магнитопровода;
2) в реле с двумя обмотками одну обмотку подключают
непосредственно на сеть, а другую — последовательно с кон-
денсатором.
На рис. 3-14 изображена схема электромагнита с коротко-
замкнутым витком. Расщепление потока Ф на две части Ф\ и
02 и сдвиг их по фазе
определяются соотно-
шениями, аналогичны-
ми рассмотренным в
§ 3-3 для реле индук-
ционного типа.
На рис. 3-15, а при-
ведена схема электро-
магнитного реле с дву-
мя обмотками W\ и w2,
включенными в сеть
переменного тока.
Из векторной диа-
граммы (рис. 3-15,6)
видно, что сдвиг по
фазе токов Л и h от-
носительно напряже-
ния U определяется параметрами рассматриваемых парал-
лельных цепей:
Рис. 3-14. Схема электромагнита с корот-
козамкнутым витком:
/ — якорь; 2 — обмотка; 3 — короткозамкнутыЙ
cpj — arctg-^-,
х Хщ — Хс
?2==arctg—^—%
(3-8)
где /?i и /?2 — активные сопротивления обмоток wx и w2\
Xli и Xl2 — индуктивные сопротивления обмоток W\ и w2\
Хс— сопротивление конденсатора С, включенного
в цепи обмотки ^2.
Токи 1\ и h сдвинуты по фазе на угол
? = ?1 + ?2
(3-9)
Можно считать, что потоки Ф\ и Ф2 совпадают по фазе
с вызвавшими их токами Л и h и, следовательно, в магнито-
проводе будут действовать два сдвинутых по фазе потока
Ф\ И Ф2.
Выбором параметров обмоток wx и ш2, а также емкости
С можно получить необходимый угол сдвига ? . Оптималь-
ный угол ф =90°, так как при этом будет минимальная пуль-
сация суммарной электромагнитной силы.
69

Наибольшее распространение благодаря простоте кон-
струкции и удобству в эксплуатации получили электромаг-
нитные реле с короткозамкнутыми витками* (см рис. 3-14).
Конструкции, показанные на рис. 3-15» а, требующие двух
обмоток у реле и дополнительного конденсатора С, приме-
няются реже
-и
Фи®г
»
к+
с"
,-
—♦—
—4—
_^
•— —
\щ /
/
/ 1
[ / i
1 i
Г J
Рис. 3-15. Схема электромагнитного реле переменного тока с двумя
обмотками (а) и векторная диаграмма (б).
Отметим, что попытки использовать одно реле перемен-
ного тока с двумя обмотками при включении этих обмоток
на токи разных фаз оказались безуспешными вследствие
значительной вибрации якоря реле существующих конструк-
ций [4].
3-8. Расчет токов срабатывания и выдержек времени
максимальной токовой защиты
В схемах максимальной токовой защиты (см. рис.3-1, а
и 3-2, а) первичный ток срабатывания защиты
рассчитывается по формуле
кн
г — Rh г
*с.з — 7Г. *нагр. max »
(3-10)
где /«яг/unax — максимальное значение тока нагрузки в линии;
kH — коэффициент надежности, принимаемый равным
1,15—1,3;
ke — коэффициент возврата токового реле (обычно
0,8—0,85).
Подобные конструкции для борьбы с вибрацией якоря применяют-
ся и в других аппаратах переменного тока, например в контакторах и
магнитных пускателях с удерживающей катушкой.
70

Вторичный ток срабатывания защиты, т. е, ток
срабатывания токового реле, присоединенного к
ТТ, рассчитывается с учетом коэффициента трансформации
трансформатора тока tin и так называемого коэффициента
схемы kc '
*сх -
/ кн ксх 'нагр. max /q in
Коэффициент схемы учитывает обусловленное схемой
соединения возможное неравенство по величине вторичного
тока ТТ и тока, протекающего по обмотке реле (см. § 3-9):
*« = 7/ (3™12)
где 1Р—ток, протекающий через обмотку реле;
/2 — вторичный фазный ток трансформатора тока.
Для повышения чувствительности токовой защиты необ-
ходимо, чтобы токовые реле имели кв , близкий к единице.
Тогда после кратковременной перегрузки, в течение которой
максимальная токовая защита не успевает сработать, в ли-
нии вновь устанавливается нормальный ток, защита возвра-
щается в исходное положение и не отключает линию.
Выдержка времени токовой защиты рассчитывает-
ся в зависимости от вида защищаемого объекта и его место-
положения в схеме, а также типа характеристик применяе-
мых реле.
В схемах токовой защиты линий передач, выполненной
с помощью реле с независимой выдержкой времени (см.
рис. 3-1), для обеспечения селективности обычно применяет-
ся так называемая ступенчатая настройка выдержек
времени. Токовая защита устанавливается на линиях только
со стороны питания. Выбор выдержек времени следует начи-
нать с наиболее удаленной линии, постепенно приближаясь
к источнику питания (рис. 3-16). Выберем на этой последней
линии Л-1 минимально возможную выдержку времени U. По
условию селективности, чтобы при коротком замыкании в точ-
ке К-1 не отключилась линия Л-2, поставим на этой линии
несколько большую выдержку времени
/2 = tx + Ы ,
где Л*— ступень выдержки времени, необходимая
для надежной отстройки от срабатывания защиты
последующего элемента.
Аналогично на линии Л-3 токовая защита должна рабо-
тать с выдержкой времени
*8"=/о + Д* И Т. Д.
п

На рис. 3-16,6 показаны выдержки времени линий и гене-
ратора, выбранные по ступенчатому принципу. Отметим, что
для повышения надежности защиту генераторов иногда
отстраивают на двойную ступень выдержки времени, т. е.
Обычно А/= 0,4—0,5 сек. Чем меньше ступень At, тем ниже
уровень выдержек времени и, следовательно, тем более бы-
0чЬ-4о
Рис. 3-16. Схема радиальной сети с односторонним питанием (а) и диа-
грамма выдержек времени токовой защиты с независимой выдержкой
времени (б).
стродействуюшими получаются защиты, установленные на
линиях сети. Однако брать Д£ < 0,4—0,5 сек. не представ-
ляется возможным, так как ступень выдержки времени At
в общем случае, например при коротком замыкании в точке
К-1, должна включать (см. рис. 3-16):
а) отрицательную погрешность (запаздывание) реле вре-
мени в схеме защиты первой линии £/>b,~0.1 сек;
б) положительную погрешность (опережение) реле вре-
мени предыдущей по ходу питания второй линии^ява~0,1 сек.;
в) собственное время отключения выключателя первой
линии *отк.в~ 0,2 сек. (для небыстродействующих выклю-
чателей) ;
г) инерционную ошибку токовых реле, которую можно
принять равной /ы«~ 0,05 сек.;
д) время запаса на возможную неточность работы всех
реле схемы t3an ~ 0,05 сек.
Таким образом,
Ы — tPBx + tPB, + tomK. в + tUH + t3an ~ 0,5 сек. (3-13).
72

Если короткое замыкание в точке К-1 почему-либо не
отключится защитой, установленной у выключателя В-1 (не-
исправность выключателя или привода, отказ защиты и т. п.),
то это короткое замыкание с выдержкой времени U отклю-
чится выключателем В-2. Таким образом, в схемах макси-
мальной токовой защиты осуществляется резервирова-
ние основной защиты данной линии защитой предыдущей
линии, т. е. расположенной ближе к источнику питания.
Если на линиях установлены токовые защиты с реле,
имеющими зависимую от тока выдержку време-
ни (см. рис. 3-2), то в этом случае также применяется сту-
пенчатая настройка выдержек времени, однако согласование
защит смежных участков усложняется.
Выше отмечалось (см. §§ 3-3, 3-4) основное достоинство
применения токовых реле с зависимой характеристикой, со-
стоящее в том, что их выдержка времени примерно обратно
пропорциональна величине тока короткого замыкания или
перегрузки. Это свойство позволяет осуществлять для оди-
ночных радиальных линий простые и быстродействующие
при коротких замыканиях защиты.
Сложнее решается вопрос защиты нескольких последо-
вательно включенных линий (рис. 3-17, а). Для выбора уста-
вок реле с зависимой характеристикой требуется рассчитать
ток срабатывания защит по формуле (3-10), а также пред-
варительно определить значения токов короткого замыкания
в начале каждой линии. Пусть при коротком замыкании
в точках К-1, К-2, К-3 и К-4 токи короткого замыкания
имеют значения соответственно 1к\, 1к2, 1кг, 1ка- Ха-
рактеристика токового реле линии* Л-1 на рис. 3-17,в от-
мечена индексом 1 в кружке. Эта характеристика проходит
через две контрольных точки: точку а, соответствующую
току срабатывания реле линии Л-1, рассчитанному по фор-
муле (3-10), и точку б, где при токе Iк\ реле срабатывает
с заданной минимальной выдержкой времени линии Л-1
(например,tlmin =0,6-^-0,8 сек.).
Для того, чтобы защита линии Л-2 селективно работала
при коротком замыкании в точке К-1 (короткое замыкание
в начале линии Л-1 — это практически то же самое, что
и короткое замыкание в конце линии Л-2), необходимо,
чтобы при токе короткого замыкания 1 к\ защита линии Л-2
имела выдержку времени на ступень kt больше. Поэтому
характеристика реле линии Л-2 (на рис. 3-17, в показана
индексом 2 в кружке) должна пройти через точку в, причем
* Обычно по оси абсцисс токи откладываются в логарифмическом
масштабе.
73

При токе 1кг эта характеристика проходит также через
вторую контрольную точку — точку г. Ордината точки г.
т. е. выдержка времени t2y определяется характером завод-
ских типовых характеристик реле ИТ-80 либо опытным путем.
*-сз 1сз ^сз ?ki 4з 1к2 ?кз 4«
Л-t fh2 /h3 /7-4
Рис. 3-17. а — схема радиальной сети, имеющей токовую защиту
с зависимой выдержкой времени; б — диаграмма выдержек времени
h=f(l)\ 6 — диаграмма г3=/(/).
Выбор характеристик защит следующих линий произво-
дится аналогично (см. рис. 3-17,в). Если на генераторе
установлена токовая защита с независимой характеристи-
кой, то тогда
UeH = tBA-\-U. (3-14)
На рис. 3-17,6 приведены характеристики выдержки вре-
мени защит t3=f(l), которые наглядно показывают, с какой
выдержкой времени' отключаются короткие замыкания
74

в различных точках как защитой своей линии (основная
защита), так и защитой предыдущей по ходу питания ли-
нии (резервная защита).
Из сравнения рис. 3-16,6 и 3-17,6 видно, что характер
выдержек времени в обоих случаях одинаков. При защите
с помощью реле, имеющих зависимую характеристику, ко-
роткие замыкания в конце линии отключаются с большей
выдержкой, чем при коротком замыкании в начале линии
(см. рис. 3-17,6). Для учета большей по величине инерцион-
ной ошибки индукционных реле ступень выдержки време-
ни At принимается равной 0,7—0,8 сек.
В целом при использовании реле с зависимой характери-
стикой уровень выдержек времени получается более высоким.
Основным недостатком токовой защиты в том случае,
когда требуется защищать ряд последовательно включенных
элементов (линий), являются значительные выдержки вре-
мени на головных участках и, в частности, на генераторах.
Так, в рассмотренных схемах (см. рис. 3-16, 3-17) токовая
защита генераторов будет иметь выдержку времени поряд-
ка 3 сек.
3-9. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты
Для питания токовых цепей релейной защиты в схемах
с вторичными реле используются трансформаторы тока (ТТ).
Для релейной защиты обычно используются те же ТТ, что
и для питания измерительных приборов, причем если ТТ
имеет две вторичных обмотки, то к одной подключаются из-
мерительные приборы, а к другой — токовые цепи релейной
защиты.
Обмотки ТТ полярны. Согласно ОСТ Эл4-40, выводы пер-
вичной обмотки маркируются Л\, Л2 (линия), выводы вто-
ричных обмоток — #ь #2 (измерительный прибор). Если
в первичной цепи ток течет от вывода Л\ к Л2, то во вто-
ричной цепи (внешней) ток течет от вывода И\ к Я2, как
это показано на рис. 3-18,а.
Векторная диаграмма токов, соответствующая принятым
выше положительным направлениям, приведена на рис.
3-18,6.
В схеме замещения трансформатора тока (рис. 3-18,в)
токи первичной цепи и цепи намагничивания, приведенные
ко вторичной стороне, обозначены соответственно // и Гнам
/?2 и х2 — активное и индуктивное сопротивления вторичной
обмотки ТТ; обозначения сопротивлений других элементов
ясны из схемы замещения.
Полярность выводов обмоток ТТ необходимо учитывать
в тех случаях, когда в схеме имеется несколько трансфор-
маторов тока, соединяемых между собой строго определен-
75

ным образом (см. § 3-10), или в случаях присоединения реле
ваттметрового типа.
Для безопасности один из выводов вторичной обмотки
заземляется. Заземление вторичной цепи в одной точке
не изменяет токораспределения в схеме и не нарушает нор-
мальной работы ТТ.
№ 44
*0 \о
1
Рис. 3-18. Маркировка выводов обмоток (а), векторная диаграмма
токов (б) и схема замещения (в) трансформатора тока.
Максимальная токовая погрешность ТТ при заданной
вторичной нагрузке, выраженная в процентах, характеризует
класс точности трансформатора. Согласно ГОСТ
7746-55, выпускаются ТТ следующих классов точности:
0,5; 1; 3; 10, а также трансформаторы специальные: с сер-
дечниками Д (для дифференциальной защиты), с сердечни-
ками 3 (для земляных защит), специальные шинные транс-
форматоры тока нулевой последовательности и т. д.
Шкала первичных токов, на которые изготовляются ТТ?
очень большая: от 5 а до нескольких тысяч ампер. Номи-
нальный вторичный ток ТТ равен 5 а; в некоторых случаях
применяют ТТ, имеющие 1ыом 1 и 10 а. Следует отметить,,
что ТТ с huoM = 1 а лучше использовать в тех случаях, ко-
гда применение обычных ТТ (с hno» = 5 а) невозможно
вследствие значительной нагрузки во вторичной цепи (см,
ниже формулу (3-15). Такая нагрузка на ТТ имеет место,
например, в схемах защиты современных линий передачи
напряжением 220—400 /се, когда подстанции обычно значи-
тельно удалены от щитов управления, где установлены реле.
Величина вторичного тока ТТ определяется величиной
первичного тока, коэффициентом трансформации ТТ, а также
сопротивлением во вторичной цепи ТТ. Нормально ТТ рабо-
76

тают в режиме, близком к режиму короткого замыкания
во вторичной цепи*. Сопротивление вторичной цепи ZHazP.
обычно указывается в паспорте ТТ в омах или вольтампе-
рах. Например: Z2H.don =1,2 ом, или, что то же самое, при
'гном —ой.
Р* = /2ном -Z2»a*p = 5а-1,2 = 30 ва . (3-15)
На рис. 3-19 показана за-
висимость h=f(Ii) для двух
значений Z2HazP. Из этих кри-
вых видно следующее.
1. В результате насыще-
ния магнитопровода ТТ появ-
ляется отрицательная погреш-
ность трансформатора в коэф-
80
60
ЪО
30
20
Г
4
г
5^
\,100*20(У5
N
?5/5
Рис. 3-19. Зависимость h=f(h)
для трансформатора тока:
i — идеальная; 2 — реальная для
сопротивления во вторичной цепи
z2«*' 3 ~" Реальная АЛЯ Z 2н> Z2h
10,1 Ц2 0/40)5 1р 2 4 6610
гг[ом1
Рис. 3-20. Кривые 10-проц
погрешности для трансфор-
маторов тока типа ТПФ.
фициенте трансформации, т. е. действительный вторичный ток
ТТ меньше расчетного вторичного тока, определяемого иде-
альной прямой 1, причем чем больше первичный ток /ь тем
больше эта погрешность. Погрешность ТТ по току определя-
ется формулой
д/ 0/о = ЬнттЫ^х . 100 0/о, (3-16)
где кнтт =
1\н
номинальный (паспортный) коэффициент
трансформации ТТ;
/2д_ действительный вторичный ток ТТ;
It — первичный ток.
* Нагрузка вторичной обмотки ТТ зависит также от схемы соеди-
нения вторичных обмоток ТТ и обмоток реле, а также от вида корот-
кого замыкания (см. таблицу 3-1).
77

2. Чем больше вторичная нагрузка, тем больше погреш-
ность ТТ и, следовательно, тем ниже его класс точности.
Так, например, ТТ типа ТПФМ работает в первом классе
точности, если Z2<0,6 ом; при Z2 = 0,6-rl,6 ом этот же ТТ
работает в третьем классе точности, а при Z2>1,6 ом его по-
грешность возрастает еще больше.
Вторичную нагрузку ТТ составляют сопротивления обмо-
ток реле Zp, соединительных проводов (кабелей) гпр и пе-
реходные сопротивления в контактных соединениях тКОнт,
Z2 = Zp4- rnp -f гКонт. (3-17)
Для упрощения полное сопротивление реле Zp и актив-
ные сопротивления гпр и гконт складываются арифметиче-
ски. Сопротивление Zp указывается в каталогах реле. Вели-
чина сопротивления гконт зависит от числа переходных кон-
тактов во вторичной цепи (обычно принимают гКОнт= 0,05 ом)*
Сопротивление же соединительных проводов гпр зависит от
сечения, материала, длины соединительных проводов, схемы
соединений ТТ и реле, а также вида короткого замыкания.
Кроме отмеченной выше погрешности ТТ в коэффициенте
трансформации (погрешности по току), ТТ имеет погреш-
ность по углу. Последняя должна учитываться в релейной
защите в случаях, когда имеет значение не только величина
вторичного тока, но и его фаза (питание реле мощности, ди-
станционных направленных реле и т. п.).
Если для измерительных целей требуется, чтобы ТТ имел
минимальную погрешность при токе, близком к номиналь-
ному, и обеспечивал соответствующий класс точности при
этом токе, то для релейной защиты основное значение имеет
кратность насыщения* ТТ. Это требование вызвано
необходимостью получать во вторичной цепи ТТ токи, про-
порциональные токам коротких замыканий в первичной цепи,
когда эти токи могут значительно превышать номинальные
значения**.
Согласно «Правилам устройства электроустановок», ТТ
для питания релейной защиты должны иметь при данной
вторичной нагрузке и возможных первичных токах погреш-
ность по току не более 10% и по углу не более 7°.
Поэтому выбор ТТ для релейной защиты обычно произво-
дится по так называемым кривым десятипроцент-
ной погрешности (кратности).
Десятипроцентной кратностью называется
кратность первичного тока по отношению к его номинально-
Кратностью насыщения ТТ называется отношение первичного тока
к его номинальному значению, при котором токовая погрешность ТТ до-
СТИ**еТ^ МИнус 10°/° при номинальной вторичной нагрузке.
Речь идет о ТТ для релейней защиты, реагирующей на короткие
замыкания.
78

му значению, при которой токовая погрешность достигает
минус 10%, а угловая не более 7° при заданной вторичной
нагрузке.
На рис. 3-20 приведены типовые кривые 10-процентной
погрешности (кратности) для ТТ типа ТПФ. Пользуются эти-
ми кривыми следующим образом.
Допустим, что в конкретной схеме требуется проверить, не
будет ли погрешность ТТ по току превышать 10%. Для этого
определяется значение коэффициента тх\
1кз. max /о 1сч
//*,-=- -j--, (3-18)
где 1кз. max— максимальное значение тока короткого замы-
кания рассматриваемого элемента;
1\н — номинальный первичный ток ТТ.
Далее по кривым 10-процентной погрешности для ТТ
соответствующего типа и коэффициента трансформации при
определенном сопротивлении вторичной цепи ТТ находится
значение гп\0. Если т]0>тх, то, следовательно, ТТ будет ра-
ботать с погрешностью по току, не превышающей 10%, что
удовлетворяет требованиям «Правил устройства электро-
установок». Обычно такой ТТ одновременно обеспечивает
требование погрешности по углу (не более 7°).
Если же гп\0<тх, необходимо выбрать ТТ с большим
первичным током (для уменьшения тк) или уменьшить со-
противление во вторичной цепи ТТ, применив, например, про-
вода большего сечения. По кривым 10-процентной погрешно-
сти можно определить допустимую вторичную нагрузку 1%
и получить исходные данные для расчета требуемого сечения
проводов во вторичной цепи ТТ.
Выбранные ТТ, кроме того, проверяются обычным спосо-
бом на термическую и динамическую устойчивость при токах
короткого замыкания.
Для релейной защиты используются ТТ классов точности
1, 3 и 10. В связи с отмеченной выше особенностью работы
защитных ТТ, их необходимо проверять по кратности на-
сыщения. Для релейной защиты не следует применять ТТ
с малыми значениями кратности насыщения. Так, например,
в схемах защиты с переменным оперативным током ТТ дол-
жны иметь кратность насыщения 10—12 при вторичной на-
грузке 0,6 ом [21]. Поскольку требования к измерительным и
защитным ТТ различные, лучше всего применять и разные
ТТ для этих целей либо включать измерительные приборы
и реле на разные сердечники ТТ: для защиты следует исполь-
зовать сердечники с высокой кратностью насыщения, а для
измерения — сердечники с высоким классом точности и ма-
лой кратностью насыщения.
79

Отметим, что в некоторых зарубежных странах, например
з Англии, на измерительные и защитные ТТ установлены
разные стандарты.
Ниже, при рассмотрении защит от замыканий на землю,
будут описаны специальные трансформаторы тока нулевой
последовательности (кабельные и шинные). В соответству-
ющих параграфах будут также отмечены особенности со-
гласования и работы трансформаторов тока в схемах диф-
ференциальной защиты и в трехтрансформаторных фильтрах
токов нулевой последовательности.
3-10. Схемы соединений вторичных обмоток
трансформаторов тока и обмоток реле
Для различных защит применяются различные схемы сое-
динения вторичных обмоток ТТ и обмоток реле. Рассмотрим
наиболее распространенные схемы.
.,\
А
7 J*
K-V
к-з™
ill
ч| • <
Н|—
\
1 *1
«
UV''
\Лиг Щ
)■ (
'
i
ц
к-и
1
1
J
t
'" -+ Ч
1
1
1
I
1
'
\л.
\И.
г
b
М
/«
~«
4
r\ ,
01
r^
Р2
J
\ i
ГЛ
РЗ
Рис. 3-21. Схема соединения вторичных обмоток ТТ и обмоток
реле в звезду.
1- Трехфазная схема (звезда ТТ — звезда реле).
По этой схеме вторичные обмотки ТТ и обмотки реле соеди-
нены в звезду, а общие точки звезд соединены н у л е в ы м
проводом (рис. 3-21).
30

Коэффициент схемы такого соединения равен
•единице, так как токи в реле равны вторичным токам ТТ.
При симметричном трехфазном коротком замыкании в точ-
ке К-1 векторные диаграммы первичных и вторичных токов
также симметричны (рис. 3-22, а), и будут срабатывать все
три реле.
При двухфазном коротком замыкании, например фаз А
и В в точке К-2, первичный ток /д= —/д. Следовательно,
будут равны по величине и противоположны по фазе также
*W
lb
\krfy
О
a
в
Рис. 3-22. Векторные диаграммы токов для схемы рис. 3-17 при различных
видах короткого замыкания:
а — трехфазном, б — двухфазном, в — однофазном, г — двойном.
вторичные точки фаз А и В, которые и обусловят срабатыва-
ние реле Р1 и Р2 (рис. 3-22, б).
При однофазном коротком замыкании, например фазы
А в точке /С-3, будет срабатывать реле этой фазы (рис.
3-22, в).
При двойных замыканиях, например фаз А и В в точках
К-4, как показано на рис- 3-21, через ТТ фазы А будет про-
текать ток повреждения, который и вызовет срабатывание
реле этой фазы (рис. 3-22, г).
Таким образом, рассматриваемая схема защиты реаги-
рует на все виды повреждений. При выбранном токе сраба-
тывания реле (токе уставки) чувствительность защиты к раз-
личным видам короткого замыкания пропорциональна ве-
личинам токов соответствующих коротких замыканий:
№:kW:kM^=IW:№:I{lK
^Ч ' «/ Ч КЗ КЗ КЗ
Индексами в скобках обозначены коэффициенты чувствитель-
ности и значения токов короткого замыкания при трехфаз-
ном (3), двухфазном (2) и однофазном (1) коротких замы-
каниях.
Через нулевой провод (на рис. 3-21 обведен жирной ли-
нией) протекает ток, равный геометрической сумме токов
фаз. При нормальном режиме и симметричном трехфазном
•коротком замыкании этот ток
/0 = 4 + ^ + /с -о,
(3-19)
'5 М. В. Тнтаренко, И А. Носков-Дуксльский
81

как сумма трех фазных токов, равных по величине и сдвину-
тых на угол 120° (если не учитывать ток небаланса, обуслов-
ленный неидентичностью характеристик и угловых погреш-
ностей ТТ). При двухфазном коротком замыкании (точка
К-2) /о=/д + /в=0. При однофазном коротком замыкании
(точка К-3) и двойном коротком замыкании (точка К-4) че-
? t
Рис. 3-23. Схема соединения трансформаторов тока
и обмоток реле в звезду без нулевого провода.
рез нулевой провод будет протекать ток, равный вторичному
току фазы, ТТ которой обтекается током повреждения:
Схема без нулевого провода (рис. 3-23) не обеспечивает
надежной работы реле при однофазных коротких замыка-
ниях, так как вторичный ток в этом случае замыкается через
обмотки реле и вторичные обмотки ТТ двух других фаз. Вто-
ричные обмотки ТТ представляют очень большое сопротив-
ление для ТТ, и поэтому в поврежденной фазе резко нару-
шается пропорциональность между первичным и вторичным
токами (см. рис. 3-19), в результате чего защита работать
не будет.
В сети с изолированной нейтралью возможны двойные
замыкания, когда одна фаза замыкается на землю на одной
линии, а другая фаза — на второй линии. Защита линий, вы-
полненная по схеме, изображенной на рис. 3-21, отключит
обе линии. Как показывает опыт эксплуатации, в таком слу-
чае следует отключать только одну линию, а на второй линии
82

вследствие резкого уменьшения токов короткого замыкания
повреждение, как правило, самоликвидируется (гаснет дуга
в месте повреждения).
Рассмотренная схема (см. рис. 3-21) применима для за-
щиты линии от всех видов междуфазных замыканий, а также
от однофазных коротких замыканий. Поэтому она широко
Рис. 3-24. Схема соединения вторичных обмоток ТТ в тре-
угольник и обмоток реле в звезду.
применяется для защиты линий, работающих в системе с
большими токами замыкания на землю. Однако схема доро-
га, так как требует три ТТ, три реле и четырехжильный ка-
бель для связи ТТ и реле, а кроме того, вызывает излишние
отключения линий при некоторых видах двойных замыканий.
Схема рис. 3-21 рекомендуется в тех случаях, когда более
простые и дешевые схемы не обеспечивают требуемой чув-
ствительности.
2. Трехфазная схема (треугольник ТТ — звезда
реле). По этой схеме вторичные обмотки ТТ соединены в тре-
угольник и обмотки реле — в звезду (рис. 3-24).
Токи, протекающие через обмотки реле, определяются
геометрической разностью токов двух фаз:
б*
83

/pi-=■/« — h *
'p2 ~- * в 'с у
'лЗ ==z 'г. * л •
(3-20)
На рис. 3-25 приведены векторные диаграммы токов для
различных видов короткого замыкания, причем токи в об-
мотках реле определяются по вторичным токам на основа
kin
V6 I
Jpt-гь
14
1а
О
iJpt°Ia
О
\1рз—1а
А
Рис. 3-25. Векторные диаграммы токов для схемы рис.3-24
при различных видах короткого замыкания:
а — трехфазном, б — двухфазном, в — однофазном и двойном.
нии (3-20). Как видно, защита реагирует на все виды повре-
ждений.^ учетом (3-20), а также того, что для данной схемы
ft^^:ft?>:^'» = ^ (3-21)
В соотношении (3-21) индексом 2' обозначены коэффи-
циент^ чувствительности и ток короткого замыкания при
двойном замыкании. Из (3-21) видно, что схема имеет
неодинаковую чувствительность к различным видам
84

короткого замыкания. Чувствительность минимальна к одно-
фазным и двойным замыканиям. Если к тому же ток одно-
фазного замыкания /$ не велик, то защита может не сра-
ботать.
Рассмотренное соединение ТТ и обмоток реле применяет-
ся главным образом в схемах дифференциальной защиты
трансформаторов с соединением обмоток А/А-
3. Схема соединения обмоток ТТ и реле в
неполную звезду. Схема состоит из двух ТТ и двух
Рис. 3-26. Схема соединения ТТ и реле в неполную звезду (а)
и векторная диаграмма (б).
реле (рис. 3-26, а). Защита, выполненная по этой схеме, ра-
ботает при трехфазных, а также при любых двухфазных ко-
ротких замыканиях, так как в этом случае по крайней мере
через один ТТ протекает ток короткого замыкания и, следо-
вательно, срабатывает реле.
При однофазных коротких замыканиях той фазы, где нет
трансформаторов тока (замыкание фазы В в точке К-1) за-
щита не работает. Не будет работать защита также и при
некоторых видах двойных замыканий; на рис. 3-26, а такой
случай показан для замыканий в точках К-2.
Коэффициент схемы kcx =1. Чувствительность защиты к
междуфазным, а также к однофазным замыканиям фаз, r
которых установлены трансформаторы тока, будет оди-
наковой и пропорциональной соответствующим токам корот-
кого замыкания:
85

^(3):ft(2):ft(l) — /(3):/<2)./(1)
* ч ч хл;з кз кз
(3-22)
Через нулевой провод при нормальной работе протекает ток
(см. рис. 3-26, о)
/e = /e + /e=~/,.
Схема проста и нуждается всего в двух трансформаторах
тока и двух реле, Она получила широкое распространение
Линия ЛЧ Линия Л-2 Линия Л-3
Рис. 3-27. Поведение защиты при двойных замыканиях на разных линиях.
для защиты от междуфазных замыканий в сетях с изолиро-
ванной и компенсированной нейтралью.
При двойных замыканиях на разных линиях защи-
та должна реагировать на все двойные замыкания, причем
желательно, чтобы отключалась только одна линия. Как-
уже было отмечено выше, замыкание во второй точке при
этом обычно самоустраняется. Необходимо, чтобы в схеме
неполной звезды трансформаторы тока на всех линиях были
установлены в одних и тех же фазах, например Л и С. При
этом в 2/3 случаев двойных замыкание обеспечивается от-
ключение одной линии, а в 1/3 — отключение обеих линий
86

<см. возможные двойные замыкания на линиях Л-1 и Л-2,
рис. 3-27).
Легко убедиться, что если на одной линии ТТ стоят в
фазах Л и С, а на другой, например в фазах В и С, то из
шести возможных двойных замыканий только в двух случаях
отключится одна линия, в трех случаях — обе линии, а в
одном — не отключится ни одна из линий (см. рис. 3*27,
Рис. 3-28. Схема включения реле на разность токов двух фаз (а) и вектор-
ная диаграмма (б).
двойные замыкания на линиях Л-2 и Л-3). Отсюда видно,
как важно, чтобы ТТ всюду были установлены в одних и тех
же фазах.
4. Схема включения одного реле на разность
токов двух фаз. Схема состоит из двух ТТ и одного ре-
ле. Трансформаторы тока включены на разность токов двух
фаз, как показано на рис. 3-28 (такое соединение ТТ часто
называют «восьмеркой»).
При нормальной работе через реле протекает ток, рав-
ный геометрической разности токов фаз А и С:
гр = /а-/е = УзгФ.
(3-23)
87

Таким образом, kcx=\/ 3. Защита реагирует на все меж-
дуфазные замыкания. На рис. 3-29 приведены векторные диа-
граммы, иллюстрирующие работу защиты при различных
видах короткого замыкания. Из этих векторных диаграмм
видно, что при трехфазных и двухфазных коротких замыка-
ниях фаз, в которых установлены ТТ, через реле протекают
большие токи, чем при других видах замыканий. Недостатком
V/J/a
Kla
Vp-Ia
1°
\lr
Р
Iu-2
L\
P 1<
Рис. 3-29. Векторные диаграммы токов для схемы рис. 3-28 при различных
видах короткого замыкания:
а — трехфазном (к. з. /С-/); б •— двухфазном фаз А и В (к. з. К-2); в — двухфазное
фаз А и С (к. з. К-3)\ г — однофазном (к. з. К-4).
защиты является неодинаковая чувствительность к трехфаз-
ным и различным двухфазным замыканиям:
Ш-£(2) -#2) =/(3). _?_/*2). JL/(2) (3-?4)
Кч 'КчАС'КчАВ кз'у-^кз- y~Z кз *
При замыкании двух фаз, в одной из которых пет ТТ (к. з.
фаз А-В или В-С), защита имеет чувствительность, в два
раза меньшую, чем при двухфазном коротком замыкании
фаз, имеющих ТТ (к. з. фаз А-С).
Недостатком защиты является также то, что она не ре-
агирует на однофазные замыкания фазы без ТТ (см. к. з.
в точке К-5, рис. 3-28), а также на некоторые двойные за-
мыкания (см. замыкания в точках К-6У рис. 3-28). Следует
отметить возможность отказа защиты, выполненной по схе-
ме рис. 3-28, при коротком замыкании за трансформатором
с соединением обмоток А/А- Как было показано в § 2-7 (см
форм. (2-46), при коротком замыкании за трансформатором
токи в двух фазах могут быть равны по величине и совпа-
дать по фазе и, следовательно, ток в цепи реле, определи
емый по (3-23), будет равен нулю.
88

Таблица 3-1
Формулы для расчета вторичной нагрузки трансформаторов тока*
Схема соединения трансформаторов
тока и обмоток реле
Звезда ТТ — звезда реле (с дополни-
тельным реле в нулевом проводе)
Треугольник ТТ — звезда реле
Неполная звезда ТТ и реле
В
С
2Р
l=fcL.
ткаЬ
-CD-
гка6
-A/VV-
^Восьмерка" ТТ — одно реле
q —/,Д— г«а6
тя~^
-ЛЛАг-
с ~;
Вид
короткого
замыкания
Вторичная на-
грузка транс-
форматоров
тока
1 Трехфазное и
двухфазное
| Однофазное
1 и двойное
!
Трехфазное и
i двухфазное
Однофазное
1 Трехфазное
Двухфазное
А—С (фаз
J с трансфор-
| маторами
' тока)
Двухфазное
А—В или
В —С, одно-
фазное и
j двойное
Трехфазное
Двухфазное
А-С
Двухфазное
А —В или
В—С, одно-
фазное и
двойное
^rKa6+Zp
Z2=2>W.+
Ь^-/?+ Zp,0
+3Zp
Zz=2rKa6.+
Л-IZp
Z2 = y3rKa6.+Zp
Z2---rKa6.+ZP
Zt=1rKao. +ZP
Z*=°}/3prKa6.+
+Zp)
+2ZP
Z"-=Ka6. -•■ ZP
* В формулах для расчета 22всюду опущено гК0НШш _ сопротивление
в контактных соединениях, которое при необходимости должно быть
учтено (см. форм. 3-17).
89

Достоинством схемы является ее простота и надежность
при всех междуфазных замыканиях. Поэтому схема по рис.
3-28 находит применение для защиты в сетях с малыми то-
ками замыкания на землю (обычно в схемах защиты линий
и двигателей напряжением 3—10 кв).
В таблице 3-1 приведены формулы для расчета вторич-
ной нагрузки Z2 транс-
форматоров тока в за-
висимости от схемы
соединения ТТ и об-
моток реле, а также
вида короткого замы-
кания.
При расчете Z2 по
этим формулам необ-
ходимо учитывать со-
ответствующее значе-
ние тока короткого за-
мыкания при данном
виде короткого замы-
кания, ибо это опреде-
ляет кратность тх(см.
форм. (3-18), а следо
вательно, и нагрузку
на ТТ при данном ви-
де короткого замыка-
ния. Расчетным значе-
нием Z2 с учетом соот-
ветствующего тока ко-
роткого замыкания мо-
жет оказаться не наибольшее значение Z2, согласно таб-
лице 3-1.
5. Фильтр токов нулевой последователь-
ности. Схема состоит из трех ТТ и одного реле.
Одноименные выводы вторичных обмоток трансформато-
ров тока соединены между собой, и реле подключено, как
показано на рис. 3-30.
При нормальной работе через реле протекает геометри-
ческая сумма токов трех фаз, которая при симметричной
звезде фазных токов равна нулю:
Рис. 3-30. Схема включения реле на трех-
трансформаторный фильтр токов нулевой
последовательности.
/л
/ -J- L -}-
/, = 0
*р — ла i *« ' 'с-~^- (3-25)
В действительности вследствие неидентичности трансфор-
маторов тока эта сумма токов равна току небаланса, ко-
торый при подборе ТТ с одинаковыми характеристиками
имеет небольшую величину (обычно менее 0,1 а).
Таким образом, при нормальном режиме, трехфазных и
любых двухфазных замыканиях (без земли) реле не срабо-
90

тает, если оно будет отстроено от /«б.тах. И только при одно-
фазных замыканиях и двухфазных замыканиях с землей че-
рез реле будет протекать ток поврежденной фазы (ток ну-
левой последовательности) и вызовет срабатывание защиты.
Поэтому рассматриваемая схема называется фильтром то-
ков нулевой последовательности.
а ? 5
Рис. 3-31. Схемы последовательного (а) и параллельного (б)
соединений двух трансформаторов тока одной фазы.
Как было отмечено выше, сопротивления вторичных об-
моток ТТ значительно больше сопротивления обмотки токо-
вого реле. Поэтому незначительными токами отсоса, от-
ветвляющимися через вторичные обмотки ТТ других фаз,
можно пренебречь, и считать, что при однофазных замыка-
ниях вторичный ток ТТ поврежденной фазы замыкается толь-
ко через обмотку реле.
Схема широко применяется для защиты от однофазных
замыканий на землю в сетях с заземленной нейтралью, если
это не требует установки специальных ТТ. Установка трех
ТТ для создания фильтра токов нулевой последовательности
Делает эту схему очень дорогой, и потому вместо схемы рис.
3-30 применяют другие схемы, не требующие установки до-
полнительных ТТ (см. рис. 3-38 и 3-39).
В § 3-13 описаны схемы защиты от однофазных замыка-
ний и, в частности, схема с использованием кабельного транс-
форматора тока нулевой последовательности.
6. Подключение реле к двум ТТ одной фазы.
На рис. 3-31, а два ТТ одной фазы включены последователь-
9!

но и к ним подключено реле. При таком соединении нагрузка
на каждый из ТТ становится вдвое меньшей, и погрешность
ТТ соответственно уменьшается. Коэффициент трансформа-
ции ТТ остается неизменным, как и для одного ТТ, следова-
тельно, чувствительность защиты остается неизменной. Та-
кое соединение применяется в случае маломощных ТТ, встро-
енных в вводы выключателей, а также при большой нагрузке
во вторичной цепи.
На рис. 3-31, б два ТТ одной фазы включены параллель-
но. По обмотке реле протекает двойной ток, поэтому коэф-
фициент трансформации уменьшается в два раза. Та-
кое соединение применяется в тех случаях, когда при уста-
новленных ТТ требуется увеличить ток в цепи реле.
3-11. Токовая отсечка
Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты
по максимальному току нагрузки линии и ступенчатая на-
стройка выдержек времени для получения селективного дей-
ствия (см. § 3-8) приводят к тому, что максимальная токо-
вая защита удовлетворительно работает при перегрузках, но
имеет очень большие выдержки времени на головных участ-
ках. Последнее во многих случаях является недопустимым
при отключении близрасположенных тяжелых коротких за-
мыканий.
Поэтому для защиты линий передач часто применяют так
называемую токовую отсечку. Главной отличительной
особенностью токовой отсечки является то, что ее ток сра-
батывания выбирается в зависимости от величины тока
короткого замыкания, а не тока нагрузки линии. То-
ковые отсечки бывают мгновенно действующими и с выдерж-
кой времени.
Известно, что величина тока короткого замыкания умень-
шается по мере удаления от источника питания, как это по^
казано, например, кривой 1 на рис. 3-32, б. При коротком
замыкании на шинах подстанции Б ток короткого замыкания
имеет значение 1к3.б, при коротком замыкании на подстан-
ции В соответственно 1кз.в.
Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки линии АБ.
установленной со стороны питания у подстанции А:
I*0 -kH'IK3.B, (3-26)
где kH — коэффициент надежности, принимаемый равным
1,2-f 1,3 при использовании реле типа ЭТ-520 и
1,4-М,5 при использовании реле типа ИТ-80;
1кз. б—максимальное значение тока короткого замыка-
ния на шинах подстанции Б.
92

Ток срабатывания отсечки линии БВ рассчитывается ана-
логично по величине тока короткого замыкания подстанции
В (Iks. В).
Такой выбор тока срабатывания отсечки необходим для
обеспечения селективного действия защиты, т. е. для надеж-
ной отстройки защиты данной линии от коротких замыканий
в начале следующей по ходу питания линии. Однако, как
04О
Рис. 3-32. а — схема линий передач, на которых установлены токовые
отсечки; б — кривая изменения тока короткого замыкания (/), токи сра-
батывания и зоны действия отсечек; в — диаграмма времени отключе
ния коротких замыканий
видно из рис. 3-32, б, где проведены прямые токов срабаты-
вания отсечек, определенные по формуле (3-26), и получены
точки пересечения с кривой У, токовые отсечки, вследствие
гого, что £«>1, защищают не всю линию, а только ее часть:
на линии АБ отсечка защищает 1*тс, на линии БВ — / Ботс
В конце линий остаются участки, в пределах которых токо-
вые отсечки на короткие замыкания не реагируют.
Вторичный ток срабатывания мгновенной отсечки
(ток срабатывания реле), например линии АБ, рассчитыва-
ется по формуле
г и и ^ - ь
'с. о. Л — «« ' кс\ "~п
1ГТ
(3-27)
93

На рис. 3-33 приведена совмещенная однолинейная схема
мгновенной токовой отсечки воздушной линии передачи.
В этой схеме нет реле времени, но обычно есть проме-
жуточное реле. Назначение последнего — увеличить время
срабатывания отсечки (за счет собственного времени сраба-
тывания промежуточного реле) для отстройки от работы
трубчатых разрядников линии передачи (см. § 1-4).
toC~l
r5h
■№
Рис. 3-33. Совмещенная одно- Рис. 3-34. Совмещенная однолинейна»
линейная схема мгновенной схема токовой отсечки без выдержки
токовой отсечки. времени (реле Ти П, У\) и токовой
отсечки с выдержкой времени (реле 7V
В, У2).
Недостатком рассмотренной токовой отсечки является на-
личие незащищенных (мертвых) зон в конце линии.
Применение отсечек с выдержкой времени, в до-
полнение к мгновенным отсечкам, позволяет отключать корот-
кое замыкание в мертвой зоне с небольшой выдержкой вре'-
мени и, кроме того, обеспечить резервирование мгновенной
отсечки на всей длине защищаемой линии с этой малой вы-
держкой времени.
Ток срабатывания отсечки с выдержкой времени,
например линии АБ, рассчитывается по формуле:
1с. o.tA ~&н%1с.о.Б> (3-28)
где k н — коэффициент надежности, принимаемый равным
1Л -г 1,2;
*со.б— ток срабатывания мгновенной отсечки сле-
дующей линии {БВ).
На рис. 3-32 показано значение тока lc.otA, определенное по
(3-28), и зона действия отсечки с выдержкой времени 1А0тс t.
94

Как видно, эта зона охватывает всю линию АБ и часть сле-
дующей линии БВ. Необходимо отметить, что рассчитанный
по формуле (3-28) ток срабатывания отсечки линии А с вы-
держкой времени не должен превышать значения тока корот-
кого замыкания на подстанции Б (1к.3б)у иначе и эта отсеч-
ка не будет защищать конца линии АБ.
Отсечки с выдержкой времени последующих линий рас-
считываются аналогично.
Вторичный ток срабатывания отсечки с выдержкой вре-
мени рассчитывается по формуле
Чувствительность токовой отсечки оценивается по значе-
нию коэффициента чувствительности
k4 = 7f^, (3-30)
где /tfj.min — минимальное значение тока короткого замыка-
ния при коротком замыкании в конце защищае-
мой линии;
1с.o.i — ток срабатывания отсечки, рассчитанный по
(3-28),
Требуется, чтобы kH был не менее 1.5-г 2.
На рис. 3-34 приведена схема защиты линии двумя токо-
выми отсечками: без выдержки времени и с выдержкой вре-
мени.
Время срабатывания отсечки с выдержкой времени U вы-
бирается на ступень Л/ = 0,4-г 0,5 сек. больше U — времени
действия «мгновенных» отсечек, которое обычно составляет
величину порядка 0,1 сек.
Таким образом, если на линии установлено две отсечки
(мгновенная и с выдержкой времени), то обеспечивается
быстрое отключение короткого замыкания на всей
линии: с выдержкой Л—0,1 сек. при коротком замыкании в
начале линии и с выдержкой ti — 0,5 -f 0,6 сек. при коротком
замыкании в конце линии (см. рис. 3-32, в).
Схемы токовых отсечек применяются также и при двух-
стороннем питании линий передач.
Пусть на линии АБ (рис. 3-35, а) будут установлены
мгновенные токовые отсечки с обеих сторон линии (у •вы-
ключателей В-1 и В-2).
Очевидно, при коротком замыкании в точке К-1 через ТТ
и защиту, установленную у выключателя В-2, будет проте-
кать ток короткого замыкания только от генератора Г-2.
Пусть этот ток в зависимости от координат точки коротко-
го замыкания на линии АБ имеет значения согласно кривой
95

2 и у подстанции А— значение IK-\ max (см. рис. 3-35, б).
Аналогично, ток от генератора Г-1 принимает значения по
кривой 1 и при коротком замыкании на шинах подстанции
Б (или в точке К-2) имеет значение /^-2 max.
Уставки токов срабатывания отсечек, установленных с
обеих сторон линии АБ, берутся одинаковыми и рассчиты-
заются по формуле
Ic.o -— «« * //»ч2тач> (о-о1)
©-к?
Of-©
Рис. 3-35. а — схема линии ЛБ с двухсторонним питанием, на
которой установлены токовые отсечки; б —кривые изменения тока
короткого замыкания (/ и 2), ток срабатывания и зоны действия
отсечек.
тде kH —коэффициент надежности (обычно равен 1,1 — 1, 2);
Jic-2 max — больший из токов короткого замыкания на ши-
нах подстанции.
Такой выбор токов срабатывания отсечек обеспечивает
надежную отстройку отсечек с обеих сторон линии АБ при
коротком замыкании на других линиях, отходящих от шин
подстанций А и Б (короткое замыкание вида К-1 и К-2).
Как видно из рис. 3-35, отсечка, установленная у выклю-
чателя В-1, будет работать при коротком замыкании в зоне
-л; отсечка, установленная у выключателя В-2,— при ко-
ротком замыкании в зоне /б.
96

Если прямая 1с.о пересекает кривые изменения токов ко-
роткого замыкания (кривые 1 и 2) выше их точки пересе-
чения (точка а), то короткое замыкание в средней части ли-
нии не будет отключаться ни одной из отсечек. Зона защиты
отсечки зависит от характера кривой изменения тока корот-
кого замыкания. Чем_ круче эта кривая, тем меньше зона
защиты „(смА рис. 3-35, где//; < /л, так как кривая 2 круче
кривой /).
Отметим, что применение на линии АБ с двухсторонние*
питанием токовых направленных отсечек позволяет
повысить чувствительность отсечек, ибо в таком случае ток
срабатывания каждой отсечки отстраивается только от сво-
его /*j.max(CM. § 4-10).
Приведенные на рис. 3-35,6 кривые изменения токов ко-
роткого замыкания и полученные графическим путем зоны
действия отсечек близки к действительным для длинных
линий, где зона отсечки, как правило, охватывает до 70—
80% длины линии. На коротких же линиях зона защиты от-
сечки резко снижается и обычно составляет 20—30% длины
линии.
Следует отметить, что приведенные на рис. 3-35,6 кривые
токов короткого замыкания построены для одного какого-то
режима работы. Очевидно, что для другого режима значе-
ния токов короткого замыкания могут быть другими и от-
сечки могут работать неселективно или иметь недостаточную
чувствительность.
Поэтому при расчете токов срабатывания отсечек необхо-
димо учитывать возможные режимы работы, соответствую-
щие значения токов короткого замыкания и зоны защиты
отсечек.
В ряде случаев от отсечек приходится отказываться из-за
невозможности обеспечения требуемой селективности и чув-
ствительности при различных режимах работы; например
максимальном и минимальном.
Недостатками мгновенных токовых отсечек является то,
что они имеют мертвую зону в конце защищаемой линии, не
могут резервировать отсечек смежных элементов, не реа-
гируют на ток перегрузки, а также могут быть недостаточно
чувствительны при коротком замыкании через переходные
сопротивления и в минимальном режиме работы системы.
Однако простота, высокая надежность и быстродействие то-
ковых отсечек при коротком замыкании определили их ши-
рокое распространение в качестве основной защиты
линий передач. Отмеченные выше недостатки отсечек устра-
няются путем применения других защит, устанавливаемых
на этих же линиях (в § 3-14 рассматривается одна из таких
схем), а также применением неселективных отсечек, исправ-
ляемых АПВ или АВР (см. § 3-16).
7 М. В. Титарепко, И. Л. Носков-Дуксльскин
97

3-12. Токовая защита с блокировкой по напряжению.
Отсечка по напряжению
Как было рассмотрено в § 1-4, чувствительность токовой
защиты оценивается по значению коэффициента чувствитель-
ности (1-4).
В некоторых случаях при расчете токов срабатывания
максимальной токовой защиты и токовых отсечек не удает-
ся получить требуемых значений k4. Для увеличения k4
«I—И-
й
На сигнал
о перегрузке
"Л г
£
ш
-тЩ
7Щ
т
И
Рис. 3-36. Совмещенная схема максимальной токовой защиты линии с бло
кировкой по напряжению.
очевидно, можно идти только по пути уменьшения тока
срабатывания защиты 1с.з (см. 1-4). Но уменьшение 1с.з, на-
пример для максимальной токовой защиты, ограничивается
возможностью отключений линии при небольших и кратко-
временных перегрузках, что недопустимо.
На рис. 3-36 приведена полная совмещенная схема
максимальной токовой защиты линии, работающей в сети с
малыми токами замыкания на землю, дополненная блоки-
ровкой по напряжению и имеющая меньшее значение 1 с.з с
целью повышения k4. Как видно из схемы, контакты токовых
реле и реле минимального напряжения включены в оператив-
ной цепи последовательно. Поэтому защита будет работать
только при близрасположенных коротких замыканиях, когда
сработают токовые реле и вследствие снижения напряжения
на шинах сработают реле минимального напряжения и зам
кнут свои нормально замкнутые контакты.
98

При перегрузке и удаленных коротких замыканиях не
будут срабатывать реле напряжения и, следовательно, в це-
лом защита также не сработает. Уставка напряжения воз-
врата реле минимального напряжения (когда замыкаются
контакты этих реле) выбирается 0,5-г0,6£/«о.« (т. е. обычно
составляет 50—60 в).
Рис. 3-37. а — схема защиты линии АБ отсечкой по напряжению;
б — диаграмма остаточного напряжения на шинах подстанции А (/)
и напряжение срабатывания реле (2).
Отсечка по напряжению. На рис. 3-37,а приве-
дена схема сети с односторонним питанием, где на линии
АБ установлена так называемая отсечка по напряжению.
Основой этой отсечки является реле минимального напря-
жения, подключенное к трансформатору напряжения шин
подстанции А. При нормальной работе линии якорь реле на
пряжения притянут и контакты разомкнуты.
В момент короткого замыкания на линии АБ остаточное
напряжение на шинах подстанции А изменяется согласно
прямой /, т. е. при трехфазном коротком замыкании на ши-
нах подстанции А напряжение снижается до нуля, при ко-
ротком замыкании на подстанции Б оно составляет величи-
ну L/ост.Б И Т. Д.
7*
99

Напряжение срабатывания реле определяется по формуле
где kH — коэффициент надежности, равный 1,14-1,2.
Такой выбор Ucp позволяет отстроиться от короткого за-
мыкания в начале следующей линии.
Следовательно, при коротком замыкании в пределах зо-
ны U (рис. 3-37,6) напряжение Up будет меньше Ucp и
отсечка буде-i отключать поврежденную линию. На этом же
рисунке к — мертвая зона отсечки-
При близрасположенных коротких замыканиях на дру-
гих линиях, выходящих с подстанции А, напряжение на шинах
подстанции А может снизиться ниже Ucp. и отсечка по напря-
жению неселективно отключит линию АБ. То же самое про-
изойдет в случае перегорания предохранителей в цепи ТН.
Во избежание этих недостатков отсечки по напряжению часто
сочетаются с токовыми защитами, или токовыми отсечками
(см. рис. 3-36).
Отсечки по напряжению, несмотря на отмеченные выше
недостатки, широко применяются для защиты линий передач,
так как они очень просты, надежны и действуют обычно без
выдержки времени.
3-13. Защита от однофазных замыканий
В сетях с большими токами замыкания на землю (110 кв
и выше) токи однофазного замыкания обычно имеют очень
большую величину (см. § 2-5), и потому однофазные замы-
кания в таких сетях должны отключаться релейной
защитой.
Если на линии установлено три ТТ и три реле, соединен-
ные в звезду (см. рис. 3-21), то в этом случае реле макси-
мальной токовой защиты реагируют также на токи однофаз-
ного замыкания. Однако уставки по времени при ступенчатой
настройке выдержек времени могут оказаться чрезмерно
большими. Исходя из этого, схема защиты по рис. 3-21 в ря-
де случаев не удовлетворяет требованиям высокой чувстви-
тельности к однофазным замыканиям.
Для защиты от однофазных замыканий широко приме-
няются токовые защиты, выполненные с помощью фильтров
тока нулевой последовательности (ФТНП). Как было рас-
смотрено выше (см. § 3-10, рис. 3-30), через реле протекает
ток только в случае однофазных и двухфазных коротких за-
мыканий с землей, т. е. в тех случаях, когда появляется ток
нулевой последовательности. При нормальном режиме, при
междуфазных коротких замыканиях без земли и при кача-
ниях в цепи реле протекает незначительный по величине ток
100

небаланса, обусловленный неидентичностыо характеристик
ТТ схемы.
Уставка токового реле, приключенного к ФТНП, выбира-
ется из расчета отстройки (&«>1) от максимальных значений
юка небаланса при сквозных коротких замыканиях:
1с.з =: kHJ wtf.max. («J-Ooj
Рассматриваемая схема защиты (см. рис. 3-30) выполняется
с действием на отключение поврежденной линии мгновенно
Рис. 3-38. Схема «звезда ТТ—звезда реле» с дополнительным
реле Т0 в нулевом проводе.
или с небольшой выдержкой времени (~0,5 сек). Уставка на
реле не требует согласования с уставками защит смежных
линий, так как для каждой защиты расчет производится по
формуле (3-33) с учетом соответствующего тока1„б.
Недостатком рассматриваемой схемы является необходи-
мость иметь три ТТ. Поэтому широкое применение находит
схема защиты по рис. 3-38, в которой на одни и те же ТТ
включаются реле максимальной токовой защиты (реле Тл,
Тв, Тс), а в нулевой провод — реле Г0, реагирующее на
ток нулевой последовательности, т. е. подобно схеме рис. 3-30.
Другой разновидностью схемы защиты, совмещающей
максимальную токовую защиту от междуфазных замыканий
и защиту нулевой последовательности от однофазных замы-
каний, присоединенных к одним и тем же ТТ, является схе-
ма, приведенная на рис. 3-39. В этой схеме Та и Тс— реле
максимальной токовой защиты линии, а реле Т0 реагирует
10!

на ток нулевой последовательности, ибо ток в цепи этого
реле равен геометрической сумме токов трех фаз.
В сетях с малыми токами замыкания на землю (35 кв и
ниже), как было отмечено в § 2-6, релейная защита, реаги-
рующая на однофазные замыкания, либо вообще не уста-
навливается, либо устанавливается с действием на сигнал
?
Рис. 3-39. Схема максимальной токовой защиты (реле Та, Тс.
jBi.^i) и защиты нулевбй последовательности (реле Г0, В2, Уг),
присоединенных к одному комплекту трансформаторов тока.
и только в редких случаях выполняется с действием на от
ключение.
Широкое распространение получили схемы контроля изо
ляции, сигнализирующие персоналу об однофазных замы-
каниях.
Ток однофазного замыкания, определяемый емкостями
неповрежденных фаз относительно земли, обычно меньше но-
минального тока линии. Поэтому максимальная токовая за-
щита не реагирует на токи однофазных замыканий.
Для защиты от однофазных замыканий применяются
фильтровые защиты, реагирующие на ток нулевой последо-
вательности. В качестве ФТНП используются трехтрансфор-
маторные фильтры (см. рис. 3-30, стр. 90) или специальные
трансформаторы тока нулевой последовательности.
102

Для защиты кабельных линий, а также воздушных линий
с кабельными выводами обычно используются так называе-
мые кабельные трансформаторы тока нулевой последова-
тельности (рис. 3-40). Первичной обмоткой этого трансфор-
матора является трехфазный кабель линии. Вторичная об-
мотка намотана на тороидальный сердечник и подключена
ту
it о
Рис. 3-40. а — скема установки кабельного трансформатора тока нулевой
последовательности (ТТНП); б—схема устройства ТТНП:
/ — кабель; 2 — сердечник трансформатора; 3 — вторичная обмотка трансформатора;
4 — реле; 5 — изолирующая подкладка воронки кабеля; 6 — провод, заземляющий
воронку кабеля.
к реле. При нормальном режиме и междуфазных коротких
замыканиях геометрическая сумма магнитных потоков, наве-
денных в сердечнике фазными токами кабеля, равна нулю и,
следовательно, во вторичной обмотке не индуктируется э.д.с.
При однофазных замыканиях в сердечнике действует неком-
пенсированный поток, под действием которого индуктируется
э.д.с. во вторичной обмотке и срабатывает реле. В качестве
реле обычно используются реле типа ЭТ-520 либо более чув-
ствительные реле типа ЭТФ-551 (см. приложение 2). Чтобы
избежать ложных срабатываний реле при протекании по бро-
не кабеля блуждающих токов, вызванных замыканиями на
других линиях, токами электросварочных аппаратов и т. п.,
необходимо изолировать воронку кабеля и выполнить зазем-
ление так, как показано на рис. 3-40, а. В этом случае ток,
протекающий по броне, компенсируется тем же током, отво-
димым к земле в обратном направлении посредством зазем-
ляющего проводника, продетого через отверстие трансфор-
матора.
На рис. 3-41 приведена схема сети, поясняющая выбор
тока срабатывания защиты, выполненной с помощью ТТНП.
103

При коротком замыкании в точке К на линии Л-2 по линиям
Л-1 и Л'З будут протекать токи 13.л-\ и /з.л-з, обусловленные
емкостями этих линий относительно земли. Очевидно, что в
данном случае должна сработать защита только на повре-
жденной линии Л-2.
Ток срабатывания защиты выбирается из расчета отстрой-
ки от максимально возможных емкостных токов данной ли-
\Л"2
\—lF~
л-з
Рис. 3-41. Схема линий передач, поясняющая выбор токов сра-
батывания защиты от однофазных замыканий.
нии при однофазных замыканиях на других линиях данного
напряжения. Так, для защиты линии Л-1 ток срабатывания
защиты рассчитывается по формуле
'с.з.Л-1
kK'I3.
тахЛ- 1
(3-34)
где kH
'з. max Л—1
при
коэффициент надежности;
максимальный емкостный ток линии Л-1
однофазном замыкании на другой линии.
Если защита выполняется без выдержки времени, то для
отстройки от токов нестационарных процессов, протекающих
в момент возникновения дуги, выбирают й« = 4-:-5. Очевидно,
при этом чувствительность защиты резко понижается. По
этому выбор кн в таких пределах возможен только при ус-
ловии, когда защита будет иметь k4>- l,5-f-2.
104

Для защит, выполняемых с выдержкой времени (обычно
-0,5 сек.), Л« =-=1,5-г2.
Простота конструкции кабельного ТТНП и рассмотренной
схемы защиты определили ее широкое распространение для
защиты линий от однофазных замыканий в сетях с малыми
токами замыкания на землю.
Для защиты линий применяются также однотрансформатор-
ные фильтры тока нулевой последовательности для шинных
выводов. Но такие трансформаторы громоздки и дороги из-за
необходимости выполнения изоляции между фазами. Поэто-
му они получили наибольшее распространение для защиты
от однофазных замыканий синхронных генераторов (см. гла-
ву 9).
3-14. Защита от междуфазных замыканий
Для защит от междуфазных замыканий широко приме-
няются максимальные токовые защиты и токовые отсечки
(мгновенные и с выдержкой времени).
Как было показано в § 3-10, для сетей с большими токами
замыкания на землю преимущественное распространение по-
лучили токовые защиты, выполненные по трехфазной схеме-
соединении трансформаторов тока и реле в звезду, ибо они
используются также» для защиты от однофазных замыканий.
В сетях с малыми токами замыкания на землю обычно
применяются схемы неполной звезды, а также схемы вклю-
чения одного реле на разность токов двух фаз.
Последняя схема не применяется только в тех случаях,
когда защита должна реагировать на двухфазные короткие
замыкания за трансформатором с соединением обмоток Л/Д
(см. § 2-7). В § 3-11 рассмотрена схема защиты линии двумя
токовыми отсечками: мгновенной и с выдержкой времени
(см. рис. 3-34). Иногда максимальная токовая защита соче-
тается с одной из этих отсечек.
Применяются также схемы токовой защиты, в которых со-
четаются: токовая отсечка без выдержки времени (первая
ступень), токовая отсечка с выдержкой времени (вторая сту-
пень) и максимальная токовая защита (третья ступень). На
рис. 3-42 приведена такая схема для сети с малыми токами
замыкания на землю. Токовые отсечки обеспечивают быст-
рое отключение коротких замыканий на всей длине защи-
щаемой линии (см. рис. 3-32, в). Максимальная токовая за-
щита работает при длительных перегрузках и, кроме того,
резервирует отсечки при коротких замыканиях.
Рассмотрим пример выбора токов срабатывания и выдержек време-
ни этих защит для линии А Б с односторонним питанием, представлен-
ной на рис. 3-42
10S

Максимальный ток нагрузки линии ЛБ 1нагр. max =200 а, на линии
установлены трансформаторы тока 300/5 а, значение тока трехфазного корот-
кого замыкания на подстанции Б для рассматриваемого режима /кз.Б =»
=4500 а% первичный ток срабатывания мгновенной отсечки линии БВ
^.о.£ = 2500 а.
Рис. 3-42. Схема защиты линии токовой отсечкой без выдержки времени
(реле /—4), токовой отсечкой с выдержкой времени (реле 5—8) и макси-
мальной токовой защитой (реле 9—12).
1. Максимальная токовая защита
Первичный ток срабатывания защиты находим по (3-10)
kn 12
!с.з = -%;-1нагр. max = q^ • 200 « 300 а.
Коэффициент чувствительности по (1-4}
4500
1кз
let
300
- 15,
106

что значительно превышает минимальное значение ktr требуемое «Пра-
вилами устройства электроустановок». Вторичный ток срабатывания за
щиты, т. е. уставка на реле 9 и 10, определяется по (3-11):
j _ kn • kcx 1на?р. max _ 1,2-1 «200 __ г
ср _____ ^_ б^".б0~" ~
В качестве реле максимальной токовой защиты могут быть использованы
реле ЭТ-521/10 (см. приложение 2).
Выдержка времени защиты, т. е. уставка на реле //, определяется
местоположением линии АБ в схеме сети и принятой ступенью выдержки
времени ht. Если, например, отходящие от подстанции Б питающие ли-
нии имеют выдержку времени, равную 1,5 сек., и ступень Д/=0,5 сек., то
уставка на реле //должна быть равна tpB= 1,54-0,5=2 сек.
В качестве реле времени может быть использовано реле ЭВ-124
(см. приложение 5).
2. Мгновенная токовая отсечка
Первичный ток срабатывания отсечки, согласно (3-26),
Ic.o = кн-1кз.Б = 1,2-4500 = 5400 а.
Вторичный ток срабатывания отсечки, т. е. уставка на реле / и 2
согласно (3-27),
, - и и 1кз'Б -19.1. 4500 - Q0 а
В качестве реле мгновенной токовой отсечки могут быть использова-
ны реле ЭТ-521/100.
Зону действия отсечки можно определить графически, если произвести
расчет значений токов короткого замыкания для различных точек линии
АБ и найти точку пересечения с током срабатывания отсечки (см. § 3-11)
3. Токовая отсечка с выдержкой времени
Первичный ток срабатывания отсечки с выдержкой времени рассчи-
тываем по формуле (3-28)
h.o.t.A = kH • Ic.o. Б = 1,2-2500 - 3000 а
Чувствительность отсечки в рассматриваемом режиме
kn= J__!_5.__45_^==l,5,
Ic.o.t. A 3000
что удовлетворяет требованиям «Правил устройства электроустановок»
Вторичный ток срабатывания отсечки, т. е. уставка на реле 5 и 6,
будет равен
, ,-eWLA=3qW«_50<i.
Jcp.oJA Птт 50
В качестве токовых реле отсечки с выдержкой времени могут быть
использованы реле ЭТ-521/100.
Выдержку времени отсечки, т. е. уставку на реле 7, следует взять рав-
ной 0,4—0,5 сек. В качестве реле времени может быть использовано реле
ЭВ-114.
107

Простота схем максимальной токовой защиты и отсечек,
а также высокая надежность в работе определили их широ-
кое распространение в качестве основных защит линий
передач от междуфазных замыканий.
В тех случаях, когда максимальная токовая защита и то-
ковые отсечки не удовлетворяют по чувствительности или
времени действия, применяются более сложные защиты (диф-
ференциальные, дистанционные и т. д.), которые рассматри-
ваются в следующих главах.
3-15. Схемы токовой защиты на переменном оперативном токе
В § 1-6 рассмотрены наиболее распространенные принци-
пиальные схемы защиты на переменном оперативном токе,
Ниже описаны некоторые схемы токовой защиты на перемен-
тт:
ш
ко, ког
пЙ
«Й—+Ч—И
Рис. 3-43. Схемы максимальной токовой защиты линий при помощи
реле прямого действия с переменным оперативным током.
ном оперативном токе. Так, для защиты линий передач на-
пряжением до 35 кв включительно широко применяются схемы
токовой защиты, представленные на рис. 3-43. Трансформа-
торы тока соединяются на разность токов двух фаз (а) или
в неполную звезду (б). Отключающие катушки (одна или
две) встроены в приводы выключателей.* Таким образом,
это схемы защиты с реле прямого действия. Ток срабатыва-
ния реле определяется так же, как и для максимальной то-
ковой защиты с постоянным оперативным током (3-11):
one л п^х^ случаях обычно применяются приводы типов КАМ, ПРА,
ПРБА, ПРВ-22, УГП-51, АПВГ и т. п.
108

Irn Ьк • kCx 1раб. max
cp — .
ke nTT
Для реле прямого действия, встроенного в приводы, обыч-
но £в = 0,5-г0,7.
Применяются схемы токовой защиты линий, в которых
отключающие катушки приводов включены через промежу-
точные насыщающиеся трансформаторы тока ПНТ и н. о.
Рис. 3-44. Схемы максимальной токовой защиты линий с использованием
ПНТ (а) и дешунтированием катушек отключений приводов (б).
контакты вторичных реле (рис. 3-44, а), а также схемы с де-
шунтированием отключающих катушек выключателей (рис,
3-44,6). В последней схеме должны применяться реле типа
ИТ-85, ИТ-86 с усиленными контактами, способными размы-
кать большие токи, протекающие во вторичной цепи при ко-
ротком замыкании (см. приложение 3).
Простота схем релейной зашиты с переменным оператив-
ным током обусловливает их все более широкое распростра-
нение.
3-16. Сочетание релейной защиты и АПВ
Как показывает опыт эксплуатации, в большинстве случа-
ев АПВ и АВР на воздушных линиях передачи оказываются
успешными, т. е. при отключении короткого замыкания на
линии защитой повреждение, как правило, самоликвидирует-
юо

ся, и после повторной подачи напряжения линия остается в
работе. Успешность действия АПВ и АВР зависит также от
времени действия защиты. Чем быстрее защита отключит ко-
роткое замыкание, тем меньшие повреждения произойдут
в месте короткого замыкания и тем больше вероятность ус-
пешного включения линии. С этой точки зрения весьма эффек-
тивно применение на линиях передач простых по устройству
6 Ь*к > 8
©оЬ
С^Р±
[/7/73 |
Ш
I
4о
fcKD^
К-2
■Н-УгИ+Ца
шгопзг
£.
птв
Рис. 3-45. Ускорение защиты до АПВ.
и надежных в эксплуатации быстродействующих токовых за-
щит в сочетании с АПВ и АВР.
Ниже рассмотрен принцип действия некоторых из этих
схем. Полностью подобные схемы рассматриваются во вто-
рой части курса («Автоматизация энергетических систем» [25]).
1. Ускорение защиты до АПВ.* Пусть на линиях
схемы рис. 3-45, а будут установлены максимальные токовые
защиты, условно показанные токовыми реле с выдержкой
времени. Ступенчатая настройка выдержек времени показа-
на на рис. 3-45, б.
На первой линии АБ дополнительно установлена мгновен-
ная токовая отсечка, показанная в виде реле Г0. Ток сраба-
тывания этой отсечки выбирается таким образом, что она
реагирует на короткое замыкание не только на линии АБ, чо
и на последующих линиях и отстраивается только от корот-
кого замыкания за относительно большими и сосредоточен-
ными реактансами, например за трансформаторами (от к.з.
вида ЛМ, К-2).
Кроме того, на линии АБ устанавливается АПВ, обеспе-
чивающее однократное повторное включение линии АБ после
ее отключения отсечкой Г0.
Схема работает следующим образом. При коротком за-
мыкании на любой линии приходят в действие максимальные
Для простоты рассматриваются однократные АПВ
110

токовые защиты, расположенные от точки короткого замы-
кания в сторону источника питания. Но эти защиты не успе-
вают сработать, и вся сеть отключается мгновенной отсеч-
кой Т0 с выдержкой времени /0—0,1 сек. (показано пункти-
ром на рис. 3-44,6). Далее АПВ включает линию повторно,
и если короткое замыкание самоустранилось, что на воздуш-
ных линиях бывает в 80—90% случаев, то тем самым вос-
станавливается нормальная работа всей сети. При срабаты-
вании АПВ отсечка Т0 выводится из действия на время 4шь
несколько большее времени действия максимальной токовой
защиты головного участка (в данном случае tebie>t3). Это
обусловливает отключение устойчивых коротких замы-
каний соответствующей максимальной токовой защитой с вы-
держкой времени согласно рис. 3-45, б.
Недостатками рассмотренной схемы являются относи-
тельно тяжелые условия работы выключателя линии АБ, от-
ключающего короткое замыкание на всех линиях и включаю-
щегося на устойчивые короткие замыкания, а потому требу-
ющего более частых ревизий. Недостатком является также
то, что устойчивые короткие замыкания отключаются с отно-
сительно большими выдержками времени максимальной то-
ковой защитой.
Достоинством рассмотренного сочетания токовой защиты
и АПВ является простота схемы и быстрое отключение ко-
ротких замыканий на всех линиях сети. Поэтому подобные
схемы находят широкое применение для защиты линий пере-
дач практически любых напряжений.
2. Ускорение защиты после АПВ. Если на ли-
ниях сети и на генераторе (рис. 3-46, а) установлены макси-
мальные токовые защиты с выдержками времени и на го-
ловной линии АБ, кроме того, установлено АПВ, то в неко-
торых случаях возможна неселективная работа защиты ге-
нератора.
Действительно, при коротком замыкании на линии АБ
(точка К-1) придут в действие максимальные токовые защи-
ты линии АБ и генератора. Линия АБ отключится с выдер-
жкой времени t3 (см. диаграмму рис. 3-46, б). При этом мак-
симальная токовая защита генератора может не вернуться
в исходное положение, так как вся прочая нагрузка, подклю-
ченная к шинам подстанции Л, кроме линии АБ, остается
подключенной к генератору. Особенно неблагоприятные усло^
вия создаются в случае включения АПВ и устойчивого ко-
роткого замыкания, ибо при этом в цепи генератора будут
протекать токи всей сети, увеличенные токами самозапуска
заторможенных двигателей. При этом защита линии АБ
также приходит в действие, но защита генератора может опе-
редить ее по времени, вызвать неселективное отключение ге-
нератора и обесточить всю сеть.
ш

Во избежание этого применяется ускорение макси-
мальной токовой защиты линии АБ после АПВ. При сраба-
тывании АПВ на определенное время выводится из действия
реле времени максимальной токовой защиты линии АБ, т. е.
после срабатывания АПВ токовая защита этой линии дей-
ствует не с выдержкой времени /3, а через относительно ма-
лый отрезок времени to (см. рис. 3-46, б). В таком случае
0-о4-а
г\
K-f
\рпв\
К-2
HZ3—"~
■о-
г*\
к-з
Ik
\л_
пай
Рис. 3-46. Ускорение защиты после АПВ.
устойчивые короткие замыкания отключаются защитой ли-
нии АБ, и вероятность неселективного отключения генерато-
ра практически исключается.
Если после отключения защиты короткое замыкание са-
моликвидировалось, то АПВ будет успешным и вся сеть
остается в работе.
При коротких замыканиях на следующих линиях (в точ-
ках К-2, К-З) будут срабатывать соответствующие макси-
мальные токовые защиты, и если на этих линиях не установ-
лено АПВ, то линии включаются в работу обслуживающим
персоналом.
Недостатком схемы является то, что первичное отключе-
ние короткого замыкания на головной линии АБ и отключе-
ние коротких замыканий на остальных линиях производится
максимальными токовыми защитами с относительно больши-
ми выдержками времени, и, кроме того, необходимо опреде-
ленное согласование времени действия защит и АПВ.
Рассмотренная схема применяется в тех случаях, когда
требуется предотвратить неселективное действие максималь-
ной токовой защиты генератора (или защиты предыдущей
по ходу питания линии) и обеспечить быстрое повторное от-
ключение устойчивых коротких замыканий на линии, обору-
дованной АПВ.

Глава четвертая
ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА
4-1. Принцип действия и основные органы защиты
В радиальных сетях с двухсторонним питанием, а также
з кольцевых сетях с одним или несколькими источниками пи-
тания, как правило, невозможно осуществить селективную
защиту путем применения максимальных токовых защит со
ступенчатой настройкой выдержек времени. На рис. 4-1 изо-
г-/
8-1
К-1
5
4-
ш
в-2
8-3
К-2
<жз
в-и
В -5
К-3
6-6
Г-2
ото
Рис. 4-1. Сеть с двухсторонним питанием, где требуется установка токовых
направленных защит.
бражена сеть с двухсторонним питанием, где у всех выклю-
чателей линий установлены максимальные токовые защиты.
Рассмотрим для примера поведение максимальной токо-
вой защиты, установленной на отходящих от подстанции Б
транзитных линиях при коротком замыкании в точках К-1
и К-2.
При коротком замыкании в точке К-1 от генераторов Г-1
и Г-2 будут протекать токи короткого замыкания соответ-
ственно IKz\ и /*~J, которые приведут в действие токовые
защиты, и по условию селективности должны отключиться
выключатели В-1 и В-2. Во избежание неселективного отклю-
чения выключателя В-3 необходимо, чтобы время срабатыва-
ния защиты, установленной у выключателя В-2У было мень-
ше времени срабатывания защиты, установленной у выклю-
чателя В-3.
-э М. В. Тнтаренко, И. Л. Носков-Дукельский
(4-1)
1!3

При коротком замыкании в точке К-2 нужно, чтобы от-
ключились выключатели В-3 и В-4, а для защит, установлен-
ных у выключателей В-2 и В-3 подстанции Б, было выполне-
но следующее условие:
ta-2 > /в-з • (4-2)
Невозможность одновременного выполнения противополож-
ных условий (4-1) и (4-2) очевидна. Аналогичный вывод
можно сделать для защит, установленных на линиях под-
станции В у выключателей В-4 и В-5, если рассмотреть ко-
роткое замыкание в точках К-2 и К-3.
Как видно, селективность действия защиты будет обеспе-
чена в том случае, если имеется возможность отстроить
по времени токовые защиты транзитных линий, отходя-
щих от данной подстанции, или выполнить защиту таким
образом, что она будет срабатывать только при направлении
мощности короткого замыкания от шин в л и н и ю. Тогда
при коротком замыкании в точке К-1 сработает защита и от-
ключатся выключатели В-1 и В-2, а при коротком замыканий
в точке К-2 — выключатели В-3 и В-4, что и требуется по
условиям селективности.
В кольцевых сетях и сетях с двухсторонним питанием это
достигается применением токовых направленных
защит.
Токовая направленная защита реагирует не только на
величину тока в защищаемой линии, но и на направ-
ление тока короткого замыкания, т. е. на фазу тока в ли-
нии относительно напряжения на шинах.
На рис. 4-2, а приведена однолинейная схема токовой на-
правленной защиты линии БА. В схеме три органа: пуско-
вой (токовое реле Т), направления мощности (реле
направления мощности М) и выдержки времени (реле
времени В). Назначение пускового органа и органа выдер-
жки времени ясно из предыдущей главы (см. § 3-1).
Орган направления мощности реагирует на величину тока
и напряжения, а также на угол <?р между ними. Широко
распространены реле направления мощности, в которых вра-
щающий момент определяется по следующей формуле:
Mep = k1.Up.Ip-cos(<?p + a), (4-3)
где k\ —коэффициент пропорциональности;
Up — напряжение, подведенное к обмотке напряжения
реле от трансформатора напряжения шин и обыч-
но называемое поляризующим напряжением;
1р —ток, подведенный к токовой обмотке реле от транс-
форматора тока защищаемой линии;
Тр—угол между Up и 1р\
а—внутренний угол реле, характеризующий конструк-
цию и схему включения реле.
114

Защита сработает тогда, когда сработают все три ее ор-
гана.
Реле направления мощности срабатывает в том случае,
если Мвр положительный и превышает Мсопр, создаваемый
в реле пружиной и трением.
Знак Мвр при положительных Up и /р, очевидно, опреде-
ляется значением cos <рр, т. е. зависит от угла <?/>• Величина
Рис. 4-2. Принципиальная схема токовой направленной защиты линии (а)
и векторные диаграммы: при коротком замыкании в' точке- К-1 (б) и точке
К-2 (в).
Мвр определяется значениями Up, Ip и срр, т. е. зависит от
подведенных к реле напряжения, тока и угла между ними.
Ниже, в § 4-4, условия срабатывания реле направления мощ-
ности описаны подробнее.
Ток срабатывания пускового органа и его чувствитель-
ность рассчитываются так же, как для максимальной токо-
вой защиты (см. формулы (3-11) и (1-4).
Вопросы выбора выдержек времени рассмотрены в следу-
ющем параграфе.
Проанализируем поведение защиты, установленной у вы-
ключателя В-2'при коротком замыкании в точках К-1 и К-2.
При коротком замыкании в точке К-1, когда через выклю-
чатель В-2 мощность короткого замыкания направлена о г
Шин в линию, подведенные к реле направления мощно-
Сти, напряжение Up и ток /р будут находиться под углом <рр,
как показано на векторной диаграмме рис. 4-2, б. Пусть при
8*
115

этом Мер У Реле направления, определяемый по (4-3), бу-
дет положительный, т. е. реле направления может сработать
При коротком замыкании в точке К-2 через защиту, уста
новленную у выключателя В-2, мощность короткого замыка-
ния имеет направление отлинии к шинам, т. е. фаза то-
ка изменяется на 180° (рис. 4-2, в). Это приводит к измене-
нию знака вращающего момента, так как cos (180°+ср/;) —
=— cos 9Р.
Таким образом, направленная защита срабатывает толь
ко в том случае, если величина тока достаточна для срабаты-
вания пускового органа (обычно токовое реле типа ЭТ-520)
и если ток короткого замыкания течет в направлении от
шин в линию.
4-2. Выбор уставок и места установки токовых направленных
защит
Чтобы при коротком замыкании в точке К-1 (рис. 4-3, а)
не отключались выключатели 4 и 6, токовые направленные
защиты которых могут срабатывать, так как ток течет в
г
а
Г-1
1Ег
©окэ—
о-
К-1
±
ю4,
ор—jfeof0—^ЖКЕ)
PET
,<o
PS
fb
/
5°
ттптт
0
Рис. 4-3. Схема сети с двухсторонним питанием (а) и диаграмма
ступенчатой настройки выдержек времени токовой защиты (б).
направлении от шин в линию, необходимо отстроить эти за-
щиты по времени действия.* Для направленных защит также
применяется ступенчатая настройка выдержек времени, при-
чем для нечетных защит учитывается питание только слева
(от генератора Г-/), а для четных защит — только справа
(от генератора Г-2).
Для упрощения выключатели и установленные у них защиты бу-
дем обозначать одной цифрой.
116

На рис. 4-3, а стрелками у выключателей показаны на-
правления токов короткого замыкания, при которых эти за-
щиты срабатывают, а на рис. 4-3, б приведены диаграммы
выдержек времени токовых направленных защит.
Таким образом, при коротком замыкании в любой точке
(К-1, К-2, К-3) обеспечивается селективное срабатывание
защит с обеих сторон поврежденной линии.
Как было отмечено выше (§ 4-1), при двухстороннем пи-
тании в ряде случаев селективность действия защит может
быть обеспечена путем отстройки смежных защит по време-
ни действия. Действительно, из диаграммы (рис. 4-3, б) вид-
но, что на промежуточных (транзитных) подстанциях Б и В
защиты 2-3 и 4-5 соответственно имеют различные выдержки
времени. В таком случае можно не-ставить органов направ-
ления мощности в защите с большей выдержкой времени,
т. е. у защит 3 и 4, отстроив их от смежных защит 2 и 5 по
времени согласно диаграмме рис.: 4-3, б.
Если на линиях, выходящих с транзитной подстанции, по-
лучаются одинаковые выдержки времени, то в этом случае
необходимо иметь органы направления в защитах обеих
линий.
Не требуются реле направления мощности также и в за-
щитах / и 6, если время их действия больше времени дей-
ствия защит других линий,, отходящих с конечных под-
станций Л и Л т. е. если
Таким образом, в рассматриваемой сети обеспечивается
селективное действие максимальной токовой защиты при ус-
ловии ступенчатой настройки выдержек времени по диаграм-
ме рис. 4-3, б и установке органов направления мощности
только в защитах 2 и 5. J
Реле направления мощности могут быть осуществлены на
различных принципах: индукционном, электродинамическом,
электромагнитном, поляризованном и т. д. Ниже рассмотре-
но наиболее распространенное индукционное реле на-
правления мощности. В § 4-9 описаны некоторые новые реле
направления мощности.
4-3. Индукционное реле направления мощности типа ИМБ
Реле типа ИМБ (рис. 4-4, а) имеет магнитопровод 1 с че-
тырьмя полюсами, выступающими внутрь. На двух проти-
воположных полюсах размещена токовая обмотка 2, на двух
других полюсах — обмотка напряжения* 3. Подвижный эле-
* Обмотка напряжения может быть размещена не на полюсах, а на
боковых стержнях магнитопровода. Обмотки токовая и напряжения раз-
деляются на несколько частей, включенных между собой последовательно.
117

мент реле выполнен в виде цилиндрического ротора (бара-
банчика) 4, помещенного между полюсными наконечника-
ми. Повороту ротора противодействует пружина (на рисун-
ке не показана). Ток 1р при протекании по обмотке 2 созда-
ет в рабочем зазоре поток Фт. Под действием напряжения
Upuo обмотке 3 протекает ток /«, который создает поток Ф«.
Таким образом, на цилиндрический ротор реле действуют
два потока Фт и Фн, сдвинутые между собой в пространстве
Рис. 4-4. а — схема устройства реле направления мощности типа
ИМБ:
/ — магнитопровод, 2 — токовая обмотка, 3 — обмотка напряжения, 4 — щь
линдрический ротор (барабанчик), 5 — подвижный контакт, 6 — неподвижные
контакты;
б — векторная диаграмма реле направления мощности.
на угол 90°. Поток Фт создает в роторе вихревой ток /топо-
ток Фн—ток 1н.р. В результате взаимодействия потока Фт
с током 1н.Р и потока Фн с током Im.p (см. § 3-3) создается
вращающий момент, действующий на ротор реле:
Мвр = kx Фн ФТSin {Фн'Фт) • (4-4)
На рис. 4-4, б изображена векторная диаграмма реле,
при построении которой не учтены потери в магнитопроводе
и поэтому принято, что потоки Фт и Фн совпадают по фазе
с вызвавшими их токами 1р и /« соответственно.
Вектор тока 1р отстает по фазе от вектора напряжения
Up на у~ол срл. Между напряжением £/р и током /«в обмот-
ке напряжения угол
<P« = arctgg, (4-5)
где Хн и RH — реактивное и активное сопротивления обмотки
напряжения.
118

Кроме того, для ненасыщенной магнитной системы мож-
но принять, что потоки пропорциональны вызвавшим их то-
кам:
Фн ЕЕ Up (Иб0 ТОК IH JEi Up) .
Тогда формула (4-4) примет вид
M6p^kUpIpSinty = k ирIpS'm (90°-а -<рр), (4-6)
где ф — угол между потоками Фт и Ф«;
*=90°—<р« —так называемый внутренний угол реле.
Окончательно получаем:
Mep = kUpIpcos(<fp + a). (4-7)
Если момент вращения превысит момент сопротивления,
создаваемый пружиной и трением в опорах, и, кроме того,
будет иметь соответствующий знак (направление), то реле
сработает, т. е. ротор повернется, и контакты реле замкнут-
ся. Таким образом, при данном 9р реле сработает в том слу-
чае, если подведенная к обмоткам реле мощность Рр будет
равна или больше мощности срабатывания Рср, необходи-
мой для преодоления сил сопротивления, т. е. если выполня-
ется условие
Рр>Рср- (4-8)
Выражение (4-7) справедливо для реле направления
мощности так называемого смешанного типа. Макси-
мальное значение этого момента, очевидно, будет при срр = —а,
когда cos (?^ + a)=l.
Угол срр, при котором реле имеет максимальный Мвру на-
зывается углом максимальной чувствительно-
сти. Мощность срабатывания реле имеет минимальное зна-
чение при угле максимальной чувствительности ?/>. max.
Кроме реле смешанного типа, могут быть реле направ-
ления мощности синусного типа (реле реактивной мощ-
ности), у которых ?« ~0 (или а^90°), что возможно в том
случае, если цепь обмотки напряжения имеет/?« >>х„. Ре-
ле синусного типа имеет:
Mep = kUp-Ip-smb. (4-9)
Наконец, реле направления мощности косинусного
типа (реле активной мощности) будет получено в том слу-
чае, когда <р« «90° (или а^ 0°), что возможно при Хн >>/?„.
Для косинусного реле
Mep = k-Up-fp-cos<fp. (4-10)
Из векторной диаграммы (рис. 4-4,6) и выражения (4-7)
для вращающего момента реле смешанного типа видно, что
U9

„нутоенний угол реле а, а следовательно, и чувствительность
релеРможноУ изменить путем изменен».угла *, ъ е .па-
раметров обмотки напряжения (см. форм. (4-5). Для этой
^применяется включение последова^ельно^^обмот^и
добавочных актив-
ных или емкостных
сопротивлений. Вы-
пускаемые отече-
ственными заводами
реле направления
мощности, например
типа
ИМБ-171 А, мо-
гут иметь два зна-
чения угла макси-
мальной чувстви-
тельности: — 30° и
—45°, Причем ?/7.mak
=_30° при подаче
напряжения Up не-
посредственно на
обмотку напряже-
ния реле И <fV max,
=_45° при вклю-
чении последова-
тельно с обмоткой
напряжения встро-
енного в реле Rdo6 -
Обмотки реле на-
правления мощ-
ности полярны и
потому их выводы нельзя менять произвольно. На реле одно-
именные выводы (начала обмоток) обычно помечаются звез^
дочкой, а на схемах изображаются с левой стороны (см. схему
подключения реле на рис. 4-2, а). На рис. 4-5 W™***™^
структивная схема устройства реле направления мощности
типа HAId
Основные параметры реле направления мощности типов
ИМБ и РБМ приведены в приложении 8.
4-4. Характеристики реле направления мощности
Как было показано в предыдущем параграфе, работа ре-
ле направления мощности определяется его конструктивными
параметрами и при определенном внутреннем угле а зависит
от трех величин: Up, Ip и срр.
* Угол ур принят отрицательным потому, что в реле вектор
тока опережает вектор напряжения.
Рис. 4-5. Конструкция реле направления мощ-
ности типа ИМБ:
i-магнйтопровоД; 2 - барабанчик; 5- ось; 4 -под-
пятник- 5 — ограничитель поворота барабанчика.
б - подвижный контакт; 7 - токоподво^„^~ыГеП°"
движный контакт: 9 — спиральная пружина.
120

При проектировании и эксплуатации токовых направлен-
ных защит оказывается удобным использование характери-
стик реле, где дается графическая зависимость между двумя
из этих величин при неизменной третьей. При коротких за-
мыканиях напряжение Up может значительно снижаться и
для установления
возможности сраба-
тывания реле обыч-
но используются
характеристики реле
направления мощ-
ности, с помощью
которых определя-
ется напряжение
срабатывания в за-
UCP /77J7?
И
висимости от
V
а) Вольтам-
нерная харак-
теристика по-
казывает зависимость напряжений срабатывания реле от
тока при неизменном значении <fp:
Рис. 4-6. Вольтамперная характеристика реле-
направления мощности:
/ — действительная, 2 — теоретическая.
ty»—/('») при ?„ = const.
(4-11)
На рис. 4-6 приведена вольтамперная характеристика реле
направления мощности, из которой видно, что по мере уве-
личения тока 1р уменьшается напряжение срабатывания ре-
ле Ucp. Однако вследствие насыщения магнитной системы
реле при больших токах 1р > 1Р. нас напряжение Ucp имеет
минимальное значение Ucp.mm, ниже которого реле не сраба-
тывает. Для реле типа ИМБ Ucp.mm — 2,6 в.
Теоретическая вольтамперная характеристика 2, постро-
енная по уравнению (4-7)*, отлична от действительной ха-
рактеристики 1, так как при построении характеристики 2
не учитывалось явление насыщения магнитной системы реле.
Зона работы реле располагается выше характеристики /
(на рис. 4-6 заштриховано).
Вольтамперная характеристика иногда называется харак-
теристикой чувствительности реле.
б) Угловой характеристикой называют зави
симость
^Р=/(?л) »РИ /р = const-
Из формулы (4-7) ток срабатывания реле
Мер
СР~ к ир-СО$(чр+а)'
12Г

Из угловой характеристики, приведенной на рис. 4-7а, видно,
что при чр =90° реле имеет максимальную чувствительность,
т. е. срабатывает при наименьшем значении напряжения
о ц 909 f2 \во°
а 5
Рис. 4-7. а — угловая характеристика реле, б — кривая Mep=f(yp).
Up = Ucp.m\n. По мере отклонения угла ур от 90° напряже-
ние срабатывания реле возрастает. Очевидно, рассматривае-
мое реле направления мощности есть реле синусного типа,
для которого Мер определяется по формуле (4-9).
На рис. 4-7 5, по-
строена кривая (си-
нусоида) Мер =/(?р)
при Ip = const, из
которой видно, что
при данном Мсопр ре-
ле срабатывает при
углах <р, < срр < <р2/
т. е. когда вращаю-
щий момент положи-
телен и по величине
превышает Мсопр.
Угловые характе-
ристики обычно сни-
маются при 1р—1Н0М.
На рис. 4-8, кро-
ме угловой характе-
ристики реле синус-
ного типа /, приведены характеристики реле косинусного
типа 2, для которых Мвр определяется по формуле (4-10)
и которая имеет Ucp, min при <pp = U, а также реле смешан-
ного типа, для которого Мвр определяется по формуле (4-7)
122
-135' -90л
Рис. 4-8. Угловые характеристики реле направ-
ления мощности:
/ — синусного типа, 2 — косинусного типа, 5 —сме-
шанного типа (для а =3 45°).

и которая имеет Ucp.m\n при ур-= — а. На рис. 4-8 характе-
ристика реле смешанного типа построена для «=45°, т. е. для
ЭТОГО реле ?/7тах=—45°.
4-5. Чувствительность токовой направленной защиты
Чувствительность защиты зависит от чувствительности
двух ее основных органов: пускового и органа направления.
Чувствительность токового пускового органа определя-
ется так же, как и для максимальной токовой защиты (§1-4):
* 1кз. min
Кч — г .
'с.з
Чувствительность органа направления принято оценивать
по минимальной мощности срабатывания реле направления
мощности при угле максимальной чувствительности 9р. max,
т. е. когда
PcP-UpIp. (4-12)
Таким образом, чувствительность реле направления за-
висит от подведенных к реле напряжения Up и тока 1р (при
9р. max) .
При рассмотрении характеристик реле направления мощ-
ности (§ 4-4) было установлено, что реле не срабатывает,
если подведенное к его обмотке напряжение Ор < Ucp. min.
Это означает, что реле направления мощности не срабаты-
вает при близрасположенных коротких замыканиях, когда
напряжение на шинах может резко понизиться (ниже
Uср. min) и подведенная к реле мощность Рр < Рср.т\п. Для
токовой направленной защиты характерно вызванное этим
обстоятельством наличие зоны в начале линии, при ко-
ротких замыканиях в пределах которой направленная защи-
та не работает. Эта зона называется мертвой зоной за-
щиты. Наличие мертвой зоны является существенным недо-
статком токовой направленной защиты.
Если реле направления мощности включено на фазный
ток и линейное напряжение (см. §4-7), то длина мертвой зо*
ны определится следующим образом. Пусть трехфазное ко-
роткое замыкание происходит в точке К линии АБ (рис. 4-9)
на границе рабочей и мертвой зон реле направления мощ-
ности, когда подведенная к реле мощность
Рр = Pep- min.
Согласно (4-7), подведенная к реле мощность определяется
по формуле
123

Подведенное к реле линейное напряжение
ип
V~ziK3.zxi
LTH
где 1кз — ток трехфазного короткого замыкания при замыка-
нии в точке /С;
Zi —сопротивление 1 км линии, ом;
I — расстояние до точки короткого замыкания (длина
мертвой зоны);
#гл—коэффициент трансформации трансформатора на-
пряжения.
Рис. 4-9. Трехфазное короткое замыкание на границе мертвой
и рабочей зон.
Подведенный к реле ток
JK3
гаеПтт — коэффициент трансформации трансформатора тока.
Таким образом,
l/*~34-Z,/
ср-
iTH-nTT
откуда длина мертвой зоны направленной защиты по на
пряжению
По величине мертвой зоны иногда оценивается чувстви-
тельность органа направления. Очевидно, если применить
орган направления мощности, который будет работать при
меньших значениях Upi то это позволит уменьшить мертвую
зону. Применение новых типов реле направления мощности
(РБМ) и других схем (некоторые из них рассмотрены в § 4-9)
дает возможность частично устранить этот недостаток реле
124

направления мощности типа ИМБ. Для уменьшения мерт-
вой зоны необходимо также соответствующее включение
р^ле направления мощности (см. § 4-7).
4-6. Требования, предъявляемые к органам
направления мощности
К реле направления мощности предъявляются следую-
щие основные требования.
1. Собственное время срабатывания реле должно быть
минимальным. Выпускаемые электропромышленностью реле
типа ИМБ имеют tcp = 20—40 мсек, реле типа РБМ имеют
tcp =35 мсек. Для некоторых быстродействующих защит та-
кое время срабатывания является чрезмерно большим.
2. Реле должно обеспечивать надежное срабатывание при
наименьшей подведенной к его обмоткам мощности. При
этом особенно важно, чтобы реле работало при малых на-
пряжениях Up. Уменьшение Рср. и Ucp. пцп позволяет повысить
чувствительность и уменьшить мертвую зону направлен-
ной защиты. Реле типа ИМБ имеет Рср. min=130a, Ucp.m\n^
2,6 в (приложение 8).
Конструкция органа направления и схема его подключе-
ния должны быть такими, чтобы мертвая зона при трехфаз-
ном коротком замыкании была минимальной, а при других
видах короткого замыкания вообще отсутствовала.
3. Мощность, потребляемая обмотками реле при длитель-
ном включении, должна быть минимальной. Это позволит
уменьшить нагрузку на измерительные трансформаторы тока
и напряжения. Токовая обмотка реле типа ИМБ пред-
ставляет собой нагрузку для трансформатора тока 6 ва, реле
типа РБМ — 10 ва, обмотки напряжения этих реле потреб-
ляют соответственно 35 ва и 35—90 ва. Поэтому находят
применение схемы направленной защиты, в которых к реле
направления мощности напряжение подводится только во
время короткого замыкания.
4. Реле должно иметь высокий коэффициент возврата /ев.
При низких значениях ke трудно осуществить высокую чув-
ствительность защиты и четкую отстройку от работы защи-
ты смежных элементов.
5. Реле направления мощности не должно иметь само
хода, т. е. не должно срабатывать при протекании тока по
токовой обмотке и отсутствии напряжения на обмотке на-
пряжения. Самоход реле от системы тока может послужить
причиной неселективного срабатывания защиты. Реле не
Должно также иметь самохода по напряжению.
6. Конструкция органа направления мощности должна
быть простой, надежной в работе, иметь малые габариты.
125

4-7. Схемы включения реле направления мощности
Реле направления мощности должны быть включены та-
ким образом, чтобы при различных видах короткого замы-
кания на защищаемой линии подведенные к реле ток и на-
пряжение обеспечивали положительный и достаточный по
величине вращающий момент.
Рис. 4-10. 90-градусная схема включения реле направления мощности (а)
и векторная диаграмма (б).
Из большого числа возможных схем включения реле на-
правления мощности наибольшее распространение получили
так называемые 90-градусная и 30-градусная схемы.
90-градусная схема (рис. 4-10). В этой схеме под-
веденное к обмотке линейное напряжение в нормальном ре-
жиме отстает на 90° от вектора тока в токовой обмотке.
Сочетание токов и напряжений, подведенных к реле направ-
ления мощности каждой фазы в данной схеме включения,
показано в таблице 4-1 и на рис. 4-10.
Таблица 4-1
Реле
Ма
Мв
Мс
Ток 1р
1а
h
Ic
Напряжение Up
Uec
Uca
Uae
Рассмотрим поведение схемы при различных видах ко
роткого замыкания для реле смешанного типа с внутрен
ним улом а =30\ т. е. для реле, момент вращения которо-
го определяется формулой (4-7)
126

а) При трехфазном коротком замыкании на защища-
емой линии система остается симметричной, и все реле на-
ходятся в одинаковых условиях. Поэтому можно рассматри-
вать совмещенную векторную диаграмму токов и напря-
жений для одного
реле направления
мощности, напри-
мер фазы А (рис.
4-11, а). Как было
установлено в § 2-2,
вектор тока фазы А
при трехфазном ко-
ротком замыкании
отстает от фазного
напряжения Ua на
угол срл =-.= arc tg ^ .
Угол?р.«=90о-срл
есть угол между
током и напряже-
нием, подведенными
к реле направления
мощности фазы А.
Следовательно, под-
веденная к реле
мощность
Pp=UecI aCOS(<f p.a+CL)..
(4-13)
Из (4-7) и (4-13)
следует, что Мвр =
Так
Рис. 4-11. Векторная диаграмма токов и на-
пряжений, подводимых к реле при трехфазном
(а), двухфазном (б) и однофазном (в) корот-
ком замыкании.
как угол <Рр
следует отсчитывать
в направлении от
вектора тока к вектору напряжения против часовой стрелки,
то в данном случае
?p.e = 270° + <fc..
(4-14).
С учетом (4-14), а также того, что косинус в первой и
Четвертой четвертях положителен, формула (4-13) прини-
мает вид
РР = ив,
/а cos (270° -|- <?., + а) = Uec Ia cos (90° - ?„ - а).
(4-15)
127

Определим знак и величину мощности, подводимой к реле
направления мощности, как часть максимально возможного
значения этой мощности, которая при косинусе, равном еди-
нице, определяется из выражения
PP.mzz=UpIp = UecIa. (4-16)
Для воздушных линий передач при междуфазных коротких
замыканиях угол ул принимает значения от 20 до 80°. Та-
ким образом, при трехфазных коротких замыканиях для ре-
ле с « =30° подведенная к реле мощность будет принимать
значения
при срл = 20° Рр = Рр. inax cos (90° - 20е - 30°) = 0,76 Рр. шах,
при срл = 80° Рр = Рр. max cos (90° - 80° - 30°) = 0,94 Рр. тах.
Следовательно, подведенная к реле мощность будет поло-
жительной и при а =30° будет принимать значения *
Рр = (0,764-0,94) Рр.max. (4-17J
Аналогично для реле с а =45°
Рр = (0,82-f- 0,9) Рр. max. (4-18)
Таким образом, при коротком замыкании на защищаемой
линии и в зоне действия направленной защиты, когда Up >
иср.т\ъ (см. § 4-4), обеспечивается надежное срабатывание
реле при выполнении условия
Рсопр< (0,76-ь 0,82) UpIp. (4-19)
Для кабельных линий при междуфазных коротких за-
мыканиях угол 9л принимает значения от 10 до 20°. Анало-
гичными расчетами можно установить, что
Рр = (0,64 ч- 0,76) Рр. шах при а = 30°,
Рр = (0,82-т-0,9) Pp. шах при a=z45°.
б) При двухфазном коротком замыкании, например
фаз В и С (рис. 4-11, б) реле фазы А работать не будет,
так как /fl = 0. К реле направления мощности фаз В и С
будет подводиться мощность
Рр.В=иса*еС°*(<?Р.в+*)>
(4-20)
Pp. С = Uao Iс COS (<fp. с + a).
Напряжения Uca и Uae меньше нормальных междуфазных,
но больше фазных значений; токи h и 1С превышают нор^
мальные значения (см. § 2-3); углы (<?Р.в + <*<) и (<?р.с + а/
* Рр будет принимать значения от 0,76 до 1,0 Pp. max и от \Я
^р. max до 0,94 Pp. max.
3 28

обычно меньше 90°. Поэтому при двухфазных коротких за-
мыканиях, как правило, срабатывают оба реле направле-
ния мощности поврежденных фаз.
в) При однофазном коротком замыкании, например
фазы А (рис. 4-11,0), будет работать реле поврежденной
фазы. Подведенная к нему мощность
Рр.А — Use la COS ($p.a + а).
(4-2U
от ТН
Рис. 4-12. 30-градусная схема включения реле направления мощности (а)
и векторная диаграмма (б).
Напряжение Uec равно нормальному междуфазному напря-
жению, ток 1а есть ток однофазного замыкания повреж-
денной фазы. Угол ер/?.» обычно близок к нулю, поэтому
cos (срр.д -J-а) значительно больше нуля. Таким образом, и при
однофазных замыканиях обеспечивается надежное срабаты-
вание реле направления мощности поврежденной фазы.
30-градусная схема (рис 4-12). Сочетание токов
и напряжений, подведенных к реле направления мощности
каждой фазы, показано в таблице 4-2 и на рис. 4-12.
Таблица 4-2
Реле
Ма
Ме
Мс
Ток 1р
1а
h
1с
Напряжение Up
Uac
Uea
Uce
Как показывает анализ, подобный вышеприведенному,
при 30-градусной схеме включения наилучшим образом ра-
ботают реле косинусного типа, для которых Мвр определя-
ется по формуле (4-10).
9 М. В. Титаренко. И. А. Носков-Дукельский 129

Схема включения реле направления мощ-
ности нулевой последовательности (рис. 4-13)»
Токовая обмотка реле направления мощности подключена к
фильтру токов нулевой последовательности (ФТНП), и, сле-
довательно, через реле протекает ток /р = 3/0. Обмотка на-
пряжения включена на напряжение Up = SUQ (питается от
фильтра напряжений нулевой последовательности ФННП)
в
Т^ЕЖ
Рис. 4-13. Схема включения реле
направления мощности нулевой
последовательности.
Рис. 4-14. Схема включения реле
направления мощности обратное
последовательности.
Наибольшей чувствительностью обладает реле направ-
ления мощности нулевой последовательности синусного
типа, так как угол между напряжением и током нулевой
последовательности равен примерно 90° и почти не зависит
от места и характера короткого замыкания.
Преимуществом схемы является простота (легко полу-
чить токи и напряжения нулевой последовательности, тре-
буется только одно реле направления мощности), а также
нечувствительность к токам нагрузки и качаний.
Недостаток схемы в том, что она не действует при одно-
фазных замыканиях за трансформатором с соединением об-
моток л/Л, так как такой трансформатор не трансформи-
рует токи и напряжения нулевой последовательности.
Схема применяется для защиты от однофазных корот-
ких замыканий в сетях с большими токами замыкания на
землю.
Схема включения реле направления мощ-
ности обратной последовательности (рис. 4-
14). Обмотки токовая и напряжения реле направления мощ-
ности обратной последовательности подключены соответ-
ственно к фильтрам тока и напряжения обратной последова-
тельности (ФТОП и ФНОП). В зависимости от параметров
130

и схемы подключения фильтров используются реле синусно-
го, косинусного или смешанного типов.
Достоинством схемы является нечувствительность к то-
кам нагрузки и качаний, а также отсутствие мертвой зоны
в начале защищаемой линии, так как при близрасположен-
ных коротких замыканиях подведенная к реле направления
мощность ?2 будет иметь наибольшее значение (точку к. з.
можно рассматривать как источник мощности обратной и
нулевой последовательностей).
Недостаток схемы заключается в том, что для получения
токов и напряжений обратной последовательности требуются
специальные фильтры.
Схема применяется для защиты от междуфазных замыка-
ний, в том числе и симметричных, так как в первый момент
после возникновения любое короткое замыкание является
несимметричным и появляющиеся токи и напряжения обрат-
ной последовательности могут обусловить срабатывание на-
правленной защиты.
4-8. Схемы соединения трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения (ТН), питающие различные
цепи напряжения релейной защиты, например обмотки на-
пряжения реле направления мощности, используются как
однофазные, так и трехфазные. ТН соединяются различным
способом в зависимости от того, какие напряжения нужны
для схемы: междуфазные, фазные, напряжения нулевой или
обратной последовательностей.
Согласно ГОСТ, выводы обмоток обозначаются: на сто-
роне высокого напряжения — Л, 5, С (начала) и X, У, Z
(концы), на стороне низкого напряжения — а, в, с (начала)
и *, y% z (концы). Вторичное междуфазное напряжение обыч-
но равно 100 в. При построении векторных диаграмм для
трансформаторов напряжения с соединением обмоток А/А
— 12 векторы напряжений первичного и вторичного прини-
маются совпадающими по фазе, так же как и для
трансформаторов тока.
Три однофазных трансформатора напряжения, соединен-
ные с высокой и низкой стороны в звезду (рис. 4-15), позво-
ляют получать все линейные {Uae, Uec, Uca) и фазные на-
пряжения (£/о0, Ue0, С/со). Заземление нейтрали с первичной
Стороны трансформатора необходимо для того, чтобы первич-
Ные обмотки измеряли фазные напряжения. Заземление
Нейтрали с низкой стороны является заземлением безопас-
н°сти. В некоторых случаях заземление вторичной обмотки
**ыполняется через пробивной предохранитель (когда от транс-
форматора напряжения питаются оперативные цепи защиты
автоматики с переменным оперативным током).
9*
131

Широко распространена схема соединения двух однофаз-
ных трансформаторов напряжения в открытый тре-
угольник (рис. 4-16), которая позволяет получить все
междуфазные напряжения. Схема открытого треугольника
дешевле схемы, изображенной на рис. 4-15, и применяется в
тех случаях, когда не требуются фазные напряжения. Фаза
Рис. 4-15. Схема соедине-
ния трех однофазных транс-
форматоров напряжения в
звезду.
Рис. 4-16. Схема соединения
двух однофазных трансфор-
маторов напряжения в от-
крытый треугольник.
В с низкой стороны трансформатора напряжения часто за-
земляется, что не влияет на величину междуфазных напря-
жений.
На рис. 4-17, а приведена схема пятистержневого транс-
форматора напряжения, позволяющего получить междуфаз-
ные и фазные напряжения (вторичные обмотки wa, we, wc, с
выводами а, в, с, 0), а также напряжение нулевой последо-
вательности 3£/о (обмоткиш0, размещенные на крайних стерж-
нях). Как известно, напряжение нулевой последовательности
появляется только в случае несимметричных замыканий на
землю. Обмотки, с которых снимается напряжение нулевой
последовательности, могут быть размещены также на сред-
них стержнях пятистержневого ТН. В этом случае три об-
мотки wQ включаются последовательно на геометрическую
сумму напряжений трех фаз
Трехфазный трехстержневой трансформатор напряжения
(рис. 4-17,6) позволяет получить только междуфазные на-
132

пряжения. У такого трансформатора заземление нейтрали со
стороны высокого напряжения недопустимо, так как в случае
однофазных замыканий в сети высокого напряжения и появ-
ления напряжения нулевой последовательности происходит
чрезмерный перегрев трансформатора потоками нулевой по-
следовательности, которые могут замыкаться только по тем
Й
иь
О
Мв
щ
Шс
к
I I ?
*ЗУп\
-8
г&
Щ,
а о
Рис. 4-17. Схема трехфазного пятистержневого (а) и трехфазного
трехстержневого (б) трансформаторов напряжения.
же стержням. Обычно у таких трансформаторов нейтральная
точка с высокой стороны не выводится, чтобы предотвратить
ее ошибочное заземление.
Напряжение нулевой последовательности может быть по-
лучено также от трех однофазных трансформаторов напря-
жения при соединении их в фильтр напряжений нулевой по-
следовательности (так называемый разомкнутый тре-
угольник, рис. 4-18). Работа такого фильтра, по существу,
аналогична рассмотренному выше пятистержневому транс-
форматору (см. форм. 4-22).
Напряжение обратной последовательности обычно полу-
чается от фильтра напряжений обратной последовательности
(ФНОП). На рис. 4-19 приведена схема простейшего и наибо-
лее распространенного активно-емкостного фильтра, с зажи-
мов тп которого снимается напряжение обратной последо-
вательности. Работа ФНОП рассмотрена в § 6-12.
Для защиты трансформатора напряжения от действия то-
ка короткого замыкания при повреждении в трансформаторе,
133

а также во избежание перехода короткого замыкания в сеть
обычно ТН с высокой стороны защищают предохранителями.
Разрывная мощность предохранителей должна соответство-
вать токам короткого замыкания сети, так чтобы предохра-
нители надежно отсоединяли ТН в случае его повреждения
Cfi *я Лс "с
Рис. 4-18. Схема соединения
трех однофазных трансфор-
маторов напряжения в ра-
зомкнутый треугольник
(ФННП).
Рис. 4-19. Схема активно-емкост
ного фильтра напряжений обрат-
ной последовательности.
Предохранители (иногда автоматы) с низкой стороны ТН
служат для защиты от перегрузок и короткого замыкания
на стороне низкого напряжения.
В связи с тем, что некоторые защиты могут неправильно
работать при перегорании предохранителей, применяются
специальные сигнальные или блокирующие устройства. Ниже
рассматриваются некоторые из этих схем.
На рис. 4-20, а приведена схема сигнализации посредством
ламп, включенных на фазные напряжения (лампы могут быть
включены на линейные напряжения). Схема с сигнальными
лампами мало эффективна и потому применяется сравни-
тельно редко.
В схеме рис. 4-20, б при перегорании предохранителей сра-
батывает реле минимального напряжения и подает импульс
на сигнал, а также снимает оперативный ток с той защиты, ко-
торая может неправильно работать при перегорании предо-
хранителей в цепи напряжения. Недостатком схемы является
то,^что при коротких замыканиях, сопровождающихся глубо-
кой посадкой напряжения, она будет снимать с защиты опе-
ративный ток, в то время как защита должна работать.
134

ЙдС
^1—
У7Г(
-fx3—^^yvwv-i
TH-t
рЛЛМЛ^ ("чД-
Uww—ГчЗ-
4^3—AWSAr-i
i—£n}--^wvh
Г//т?
rWWV—S-
<Lvwvv—[3"
<Lwwv—ГчЗ-
5 г
/~\ f~\ Pen. защита
Сигнал
Ю
/"^\ Pen, mi
Pen. защита
w
1 Сигнал
гп
П
<?"
ДТП
Рвлэащита
Рис. 4-20. Схемы контроля целости предохранителей в цепях трансформаторов напряжения.

Отмеченного недостатка лишена схема, приведенная на
рис. 4-20, в*, в которой два реле минимального напряжение
подключены к двум ТН данной установки. Схема работает
следующим образом. В случае перегорания предохранителей
на одном из ТН снимается оперативный ток с защиты и по-
дается импульс на сигнал. Одновременное перегорание пре-
дохранителей на двух ТН практически исключается. При ко-
ротком замыкании, когда снижается напряжение на шинах
и срабатывают оба реле напряжения, также подается им-
пульс на сигнал, но оперативный ток с защиты не снима-
ется. Недостатком схемы является ее относительная слож-
ность и необходимость в двух комплектах трансформаторов
напряжения.
На рис. 4-22, г приведена схема контроля предохраните-
лей, в которой используется дополнительный трансформатор
напряжения ДТН, вторичные обмотки которого соединены в
разомкнутый треугольник и питают реле напряжения. При
нормальной работе напряжение на реле отсутствует, а в слу-
чае перегорания любого из предохранителей напряжение 3 £/0р
на которое включено реле, обусловливает его срабатывание
и подачу импульса на сигнал, а также снятие оперативного
тока с защиты в необходимых случаях. Схема дорога, так как
требуется дополнительный трансформатор напряжения.
4-9. Органы направления мощности на базе использования!
полупроводников и эффекта Холла
К органу направления мощности не предъявляется тре-
бования точного измерения фазы тока относительно на-
пряжения. Обычно орган направления должен реагировать
лишь на знак мощности короткого замыкания. Действи-
тельно, как было отмечено выше, при междуфазных коротких
замыканиях на линиях передач угол между током и напря-
жением может изменяться в зависимости от условий и ха-
рактера короткого замыкания в широких пределах — от
20 до 80°.
Поэтому за последние годы в качестве органов направле
ния мощности все шире начинают применяться фазочувстви
тельные схемы с полупроводниковыми выпрямителями, ко
торые по конструктивным и другим данным значительно пре-
восходят выпускаемые в настоящее время индукционные ре
ле направления мощности типа ИМБ. Проводится также ра-
бота по использованию эффекта Холла.
В настоящее время описано много фазочувствительны*
схем [28, 30]. Ниже рассмотрена работа одной из них.
В схемах рис. 4-20, бив контакты реле напряжения показаны i
положении, которое они имеют при нормальной работе, т. е. ког-
да напряжение на катушке реле полное (100 в) и якорь притянут.
136

На рис. 4-21, а приведена так называемая кольцевая фа~
зочувствительная схема, подключенная к трансформатору
тока и трансформатору напряжения в качестве органа на-
правления мощности. Защита сработает в том случае, если
сработает пусковое реле Т и реле Я, включенное на зажимы
EF кольца из полупроводниковых выпрямителей.
Рис. 4-21. а — схема включении органа направления мощности:
Г — пусковое реле, ПТ — промежуточный трансформатор, В — полупроводниковые
выпрямители, включенные по кольцевой схеме, Р - исполнительное реле фазочувстви-
тельной схемы, RH — сопротивления в цепи напряжения;
б — схема замещения для одного полупериода:
Rq—сопротивление половины обмотки промежуточного трансформатора, /?0#в —сопро-
тивление «открытого» выпрямителя, Rp — сопротивление обмотки реле Р.
Чтобы схема обладала фазочувствительными свойствами,
необходимо выполнение условия
Uh^>Ut. (4-23)
Это условие легко выполнить, так как напряжение /У« = 100в,
а напряжение Ut, пропорциональное току в защищаемой
линии, может быть получено посредством промежуточного
трансформатора ПТ, равным 2—3 в, а при необходимости и
еще меньшим (доли вольта).
Рассмотрим работу схемы для одного из полупериодов.,
когда полярность выводов с низкой стороны ТН и на вторич-
ной стороне ПТ соответствует обозначениям на схеме (рис,
4-21, а)- В таком случае напряжение £/«, которое называется
поляризующим или коммутирующим, выполняет функцию
коммутатора, открывающего в данный полупериод вы-
прямители 2 и 4 кольцевой схемы. Под действием напряже-
пг

ния UHua зажимах EF схемы напряжение не появляется,
следовательно, напряжение UH не вызывает тока в цепи
реле Р.
Для малого по величине напряжения Ut сопротивление
открытых выпрямителей R0.e значительно меньше даже
прямого сопротивления выпрямителя 3. Поэтому под дей-
ствием напряжения Utb цепи реле Р будет протекать ток в
рассматриваемый полупериод от точки F к точке Е (путь то-
ка: вывод А промежуточного трансформатора — выпрями-
тель 2 — вершина F — обмотка реле Р — вершина Е — вы-
прямитель 4, который открыт, — вывод В промежуточного
трансформатора).
Действие схемы поясняется эквивалентной схемой заме-
щения, приведенной на рис. 4-21,6.
В течение1, второго полупериода напряжение UH откроет
выпрямители 1 и <?, но направление тока в цепи реле Р под
действием напряжения Ut останется неизменным.
Если же фазу тока изменить на обратную, что будет со-
ответствовать изменению направления тока в линии, то из-
менится и направление тока в цепи реле Р.
Если в качестве реле Р включить магнитоэлектрическое
или поляризованное реле, реагирующее не только на величи-
ну, но и на знак напряжения Uef, то реле Р будет срабаты-
вать только при определенном направлении тока в линии.
Таким образом, схема будет обладать фазочувствительными
свойствами, т. е. выполнять функции органа направления
мощности.
Среднее значение тока, протекающего через реле Р за
период,
/ 2/2 Угсо^ =
" * 2Ro.8 + RPl+^-°) P (4'24>
{*+%)
21/2
где &=—р т>—г^— коэффициент, определяющий
r\2R0.tt+Rp(l+^)]
чувствительность схемы и зависящий от ее параметров
Как видно из формулы (4-24), протекающий через реле Р
ток определяется напряжением ОУ, пропорциональным току в
защищаемой линии, косинусом угла <рр и коэффициентом
k, зависящим от параметров схемы.
На рис. 4-22, а приведены характеристики, показывающие
зависимость тока в обмотке реле Р в функции угла ?р. Из
этих характеристик видно, что для данного реле Р с током
срабатывания Iср обеспечивается надежное срабатывание ре-
ле Р при углах <р, < ср <92, когда 1р > /ср. Чем больше ток
*т, тем выше проходит кривая и тем больше диапазон углов
<РР, при которых срабатывает реле Р.
138

На рис. 4-22,6 изображена угловая характеристика 2 ор-
гана направления, выполненного по схеме рис. 4-21, а. Здесь
же для сравнения показана угловая характеристика / реле
типа ИМБ.
Применение кольцевой фазочувствительной схемы вместо
реле направления мощности типа ИМБ позволяет существен-
Рис. 4-22. а — зависимость тока, протекающего через обмотку
реле Р от угла ур для разных значений тока /Г защищаемой
линии; б — угловые характеристики при номинальном токе:
/ — реле типа ИМБ, 2 — кольцевой фазочувствительной схемы.
но улучшить параметры органа направления и выполнить
требования, предъявляемые к органам направления мощно-
сти (см. § 4-6). Действительно,
а) применив в качестве исполнительного реле Р поляри-
зованное реле типа РП-4 (или другое быстродействующее
реле), можно уменьшить собственное время срабатывания
органа направления до 2—3 мсек, вместо 20—40 мсек у реле
типа ИМБ;
б) выбрав соответствующие параметры схемы [31], можно
в несколько раз уменьшить нагрузку органа направления
на измерительные трансформаторы;
в) как видно из сравнения угловых характеристик (рис.
4-22,6), для кольцевой схемы примерно вдвое уменьшается ми-
нимальное напряжение срабатывания, что позволяет соответ-
ственно уменьшить мертвую зону направленной защиты;
г) уменьшаются габариты и вес органа направления, уп-
рощается его конструкция;
139

д) возможно дальнейшее улучшение параметров направ-
ленной защиты, например полное исключение нагрузки на
трансформатор тока от органа направления [32] и др.
Реле направления мощности на основе эф-
фекта Холла. Дальнейшее упрощение органа направле-
ния мощности может быть получено при использовании
Рис. 4-23. а — эффект Холла в кристалле полупроводника; б — упрощенная
схема включения реле направления мощности с использованием эффекта
Холла.
эффекта Холла [33]. Эффект Холла заключается в следующем
(рис. 4-23, а).
Если кристалл некоторых полупроводников* поместить в
магнитное поле с индукцией В и пропустить по нему ток /,
то на боковых гранях кристалла появится э.д.с. Холла ех-
kiBy
(4-25^
где k — коэффициент, зависящий от материала и толщины
кристалла.
Из формулы (4-25) следует, что если кристалл полупро-
водника включить таким образом, чтобы ток / был пропор-
ционален току в защищаемой линии, а индукция В создава-
лась напряжением Uр, получаемым от трансформатора напря-
жения шин, то э.д.с. ех будет зависеть от тока в защищаемой
линии, напряжения и угла между ними. Следовательно, при
такой схеме включения кристалла э.д.с. Холла ех будет оп-
* Эффект Холла особенно хорошо проявляется в кристаллах полу-
проводников с электронной примесной проводимостью (германий, сплав
индия с мышьяком или сурьмой и др.).
140

ределяться значениями Up, Ip и ур аналогично тому, как
в индукционном реле определяется величина вращающего
момента (см. § 4-3 и форм. (4-7).
Так можно получить орган направления мощности. Выход-
ное реле Р, включенное на э.д.с. Холла еХУ через свои кон-
такты подаст импульс на отключение выключателя, если ко-
роткое замыкание произойдет на защищаемой линии. На
рис. 4-23,6 приведена упрощенная схема включения реле
направления мощности с использованием эффекта Холла.
Следует отметить, что подобные реле направления мощ-
ности находятся еще в стадии научной лабораторной разра-
ботки и на практике пока не применяются. Однако в бли-
жайшее время они найдут широкое применение, так как не-
сомненны их значительные преимущества по сравнению с
такими реле, как индукционные типа ИМБ.
4-10. Схемы направленных токовых защит и отсечек
В сетях с большими токами замыкания на землю обычно
чспользуются токовые направленные защиты, соединенные
•II—-С2-
а
7*Т>
а
7^74
м.
LJ
£
т^ТЧ
ТЕ|
Mr
4s&r
-б\от Тн
Рис. 4-24. Схема токовой направленной защиты от между-
фазных замыканий.
по схеме звезды. Подобная схема показана на рис. 4-10, а, эту
с*ему необходимо дополнить пусковыми реле в каждой фазе,
общим реле времени и указательным реле.
£41

На рис. 4-24 приведена схема токовой направленной за-
щиты от междуфазных замыканий, которая содержит два
реле направления мощности, включенные по 90-градусной
схеме. Схема получила широкое распространение для защиты
линий, работающих в сетях с малыми токами замыкания на
землю. Она применяется также в сетях с большими токами
0 Б
Рис. 4-25. Схема защиты линии АБ токовыми направ-
ленными отсечками.
замыкания на землю, если для защиты от однофазных замы-
каний имеется дополнительная защита нулевой последова-
тельности (см. рис. 4-13). Важным достоинством направлен-
ных защит нулевой последовательности, широко распростра-
ненных в сетях ПО кв и выше, является то, что такие защиты
не реагируют на токи нагрузки и качаний и при сравнитель-
но простых схемах обеспечивают высокую чувствительность
реле направления мощности благодаря большой мощности,
подводимой к реле направления в случае близрасположен-
ных коротких замыканий.
Для защиты линий высокого напряжения при двухсторон-
нем питании и в кольцевых сетях в качестве основных защит
широко используются направленные токовые отсечки (мгно-
венные и с выдержкой времени).
Направленные токовые отсечки по сравнению с не-
направленными имеют более высокую чувствитель-
ность и большую зону действия. Действительно, пусть на ли-
нии АБ (рис. 4-25) с обеих сторон установлены направленные
токовые отсечки и характер изменения токов короткого замы-
кания, посылаемых генераторами Г-1 и Г-2, соответствует
142

кривым 1 и 2. Токи срабатывания пусковых органов отсечек
выбираются следующим образом:
'с.о.Л ==: Кн • 1кз. max Б9
(4-26;
*с.о.Б — кн • /«д. щах Л»
Зона охвата отсечки, установленной у подстанции А —1а,
отсечки, установленной у подстанции Б —1Б.
В § 3-11 рассматривалась аналогичная схема (см. рис.
3-35), в которой линия АБ защищена ненаправленными то-
ковыми отсечками. Выбор тока срабатывания отсечек одина-
ковым (см. форм. 3-31) вызывал загрубление зашиты и
уменьшение зоны действия отсечки, установленной у подстан-
ции Б. Направленные отсечки в этом отношении выгоднее,
так как имеют большие зоны действия.
Находят применение также токовые направленные отсеч-
ки с выдержками времени в сочетании с максимальной то-
ковой направленной защитой. Схемы таких защит выполня-
ются аналогично ненаправленным защитам, дополненным ор-
ганами направления мощности (см. § 3-14, рис. 3-42).

Глава пятая
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
5-1. Принцип действия продольной дифференциальной
защиты
Продольная дифференциальная защита основана на прин-
ципе сравнения токов по величине и фазе в начале и конце за-
щищаемого участка. Для осуществления дифференциальной
защиты с обоих концов защищаемой линии (рис. 5-1) устанав-
ливаются трансформаторы тока 1ТТ и 2ТТ с одинаковым
коэффициентом трансформации. Вторичные обмотки этих
ТТ с помощью соединительных проводов соединяются между
собой так, как показано для одной фазы на рис. 5-1. Парал-
лельно соединительным проводам включено дифференциаль-
ное реле Р.
Если обозначить вторичные токи ТТ через /2' и W и за
положительное направление тока в обмотке реле принять на-
правление тока /2', тогда при нормальной работе линии АБ
/„ = /,'-/,". (5-1)
Это соотношение справедливо, так как сопротивление обмотки
реле Р (обычно токовое реле) значительно меньше сопротив-
ления вторичной обмотки ТТ, и потому можно считать, чго
вторичные токи протекают по соединительным проводам и
замыкаются через обмотку реле.
В идеальном случае при нормальной работе и внешних
коротких замыканиях * вторичные токи трансформаторов
1ТТ и 2ТТ будут одинаковы по величине и противоположны
по направлению, поэтому в цепи дифференциального реле
ток протекать не будет:
ш fP.ttd = 0. (5'2)
Внешними короткими замыканиями считают замыкания вне зоны
защиты. Зоной зашиты называется участок линии, охватываемы»
трансформаторами тока 1ТТ и 2TT дифференциальной защиты.
144

В действительных условиях в цепи реле будет про-
текать ток небаланса, обусловленный неодинаковыми
величинами вторичных токов ТТ при одном и том же первич-
ном токе. Этот вопрос подробнее рассмотрен в следующем
параграфе.
При коротком замыкании в зоне защиты и односторон-
нем питании в цепи реле будет
протекать ток
L
/Л
(5-3)
При этом реле сработает и
подаст импульс на отключение
выключателя со стороны пита-
ния (рис. 5-2, а).
При коротком замыкании в
зоне ' защиты и двухстороннем
питании через реле будет проте-
кать сумма вторичных токов
*р — '2 I /2 »
(5-4)
з
I
Г\
Ip-I's-I'i
Рис. 5-1. Принципиальная схе-
ма продольной дифференци-
альной защиты.
которые в общем случае неоди-
наковы по величине. При сра-
батывании реле подаются им-
пульсы на отключение повреж-
денной линии с обеих сторон
(рис. 5-2, б).
Рассматриваемая схема диф-
ференциальной защиты называет-
ся схемой с циркулирую-
щими токами, так как при
гакой схеме по соединительным
проводам непрерывно циркули-
руют токи. Вследствие этого со-
противление соединительных про-
водов не должно превышать определенных значений, ибо
в противном случае ТТ будут работать с недопустимо боль-
шими погрешностями.
Для уменьшения нагрузки на ТТ в схемах продольной
дифференциальной защиты с циркулирующими токами при-
меняются следующие средства.
1. Увеличение сечения соединительных проводов до такой
величины, чтобы нагрузка на ТТ не превосходила допусти-
мой, согласно кривым 10-процентной погрешности (см.
Рис. 3-20).
2. Применение для дифференциальной защиты ТТ с воз-
можно меньшим номинальным вторичным током. Так, напри-
Мер, в схеме с ТТ, имеющими /2«=/а, нагрузка на трансфор-
»0 М. В. Тнтаренко, И. А Носков-Дукельскпй
145

маторы в 25 раз меньше, чем в схеме с обычными ТТ, имею
щими /2« =5 а (см. форм. 3-15).
3. Применение дополнительных трансформаторов тока
ДТТ. На рис. 5-3, а приведена схема дифференциальной за-
щиты, где во вторичную цепь нормальных ТТ, установлен-
ных на линии, включены ДТТ. Дополнительные ТТ рассчи
й-
4i
b И*
/ТТ'
еж
лЛиг
4 L
2ГК
V
*£tJ
w;
ft
1ТТ\
<r
i,
2ТТ\
V
UL
П2\ Ид
Р
IjggrJ
'р'Ъ^'г
О
Рис. Ь-2. Работа дифференциального реле при коротком замыкании в зокр
защиты:
а — при одностороннем питании, б — при двухстороннем питании.
тываются таким образом, что ток в их вторичной цепи, цир
курирующий по соединительным проводам и замыкающийся
через реле, имеет относительно малую величину. Такой спо-
соб получил распространение, так как позволяет применять
продольную дифференциальную защиту для более длинных
линий.
Отметим, что при значительной длине защищаемой линии
и установке дифференциального реле на одном конце (см.,
например, рис. 5-2, а) необходимо принимать специальные
меры для выравнивания сопротивлений плеч дифференциаль-
ной защиты, так как это вызывает увеличение неравенства
токов /2' и /2" и, следовательно, повышает ток небаланса
в цепи реле при нормальной работе линии и сквозных ко-
ротких замыканиях. Однако выравнивание сопротивление
146

плеч защиты включением добавочных сопротивлений во
вторичную цепь того трансформатора тока, вблизи которого
подключено реле, вызывает искусственное увеличение нагруз-
ки на ТТ и потому не получило практического применения.
Поэтому приходится загрублять защиту, отстраиваясь от
возросших токов небаланса (см. § 5-2).
;/'
Д ТТ
'"4-Пег!
г\
—if£r~i
А?
V-
а о
Рис. 5-3. Схема продольной дифференциальной защиты
а — с дополнительными трансформаторами тока во вторичной цепи,
б — с включением реле с обоих кондов защищаемой линии.
На линиях с двухсторонним питанием часто устанавлива-
ются дифференциальные реле на обеих подстанциях, кото-
рые при срабатывании подают импульс на отключение сво-
его выключателя. На рис. 5-3, б приведена схема дифферен-
циальной защиты с двумя реле. Недостатком этой схемы,
кРоме необходимости установки дополнительного комплек-
ту реле (дифференциальное реле, промежуточное и указа-
тельное реле), является также то, что при такой схеме су-
щественно изменяется токораспределение во вспомогатель-
ных цепях дифференциальной защиты. В цепи каждого из
Реле уже не будет протекать ток, равный разности (или
^Умме) вторичных токов 1ТТ и 2ТТ вследствие шунтирова-
Ия цепи обмоткой близрасположенного реле. Расчет токов
Рабатывания дифференциальной защиты значительно услож-
яется, и в ряде случаев невозможно получить приемлемые
10'
147

5-2. Токи небаланса и выбор токов срабатывания
Из приведенных на рис. 5-4 кривых, показывающих зави-
симости h=f (I\) для ТТ дифференциальной защиты, видно,
что в общем случае характеристики 1ТТ и 2ТТ не совпадают.
В результате этого в цепи реле протекает ток небаланса
tP=t2'-I%=t*6. (5-5)
Ток небаланса, появляю-
щийся вследствие не-
идентичности характе-
ристик ТТ, возрастает
по мере увеличения пер-
вичного тока. Наиболь-
шие значения /Нб при-
нимает в момент корот-
кого замыкания за счет
резкого увеличения на-
магничивающих токов ТТ
при их насыщении и
влияния (подмагничива-
ния) апериодической со-
ставляющей тока корот-
кого замыкания. Поэтому желательно выбирать ТТ для диф-
ференциальной защиты таким образом, чтобы они работали
в ненасыщенном участке характеристики /г=/ (Л). Кроме
того, для уменьшения тока небаланса принимаются дополни-
тельные меры, основной из которых является применение спе-
циально подобранных ТТ с возможно близкими характеристи-
ками /г=/ (Л). Поэтому заводы обычно поставляют ТТ для
дифференциальной защиты комплектно; такие ТТ по ГОСТ
имеют специальный класс Д,
Существует два метода расчета тока срабатывания про-
дольной дифференциальной защиты — с отстройкой от мак-
симально возможного тока небаланса при внешних коротких
замыканиях и с отстройкой от номинального тока нагрузки
линии.
По первому методу
Рис. 5-4. Кривые/2==>f(/i) для двух
трансформаторов тока дифференциаль-
ной защиты и кривая тока небаланса
в цепи реле.
'С/7
кн • //
нб. max»
(5-6)
где М„ — коэффициент надежности, принимаемый равным
1,2ч-1,3;
1нб. max — максимальное значение тока небаланса при внеш
них коротких замыканиях.
При нормальной работе и внешних коротких замыкания*
защита работать не будет, а при коротких замыканиях в зо
не защиты токи в реле, определенные по (5-3) или (5-4) со-
ответственно, превысят ток срабатывания и защита срабо
148

тает. При таком выборе тока срабатывания дифференциаль-
ная защита обычно имеет высокую чувствительность, так как
ток срабатывания, рассчитанный по (5-6), получается мень-
шим номинального тока линии. Однако определение 1ср по
(5-6) имеет один существенный недостаток: в случае обрыва
в цепи соединительных проводов дифференциальной защиты,
реле может ложно сработать при нормальной работе линии,
так как один из ТТ в этом случае будет отключен. Для
устранения этого недостатка либо применяют специальную
блокировку защиты, которая при неисправности в цепях со-
единительных проводов выводит дифференциальную защиту
из работы и подает импульс на сигнал, либо выбирают гок
срабатывания дифференциальной защиты большим тока на-
грузки линии, и тогда при обрыве соединительного провода
дифференциальное реле при нормальной работе ложно не
сработает.
Ток срабатывания дифференциальной защиты с отстрой-
кой от тока нагрузки линии определяется по формуле
где Птг— коэффициент трансформации ТТ дифференциаль-
ной защиты.
Такой выбор 1ср приводит к загрублению дифференциаль-
ной защиты. Однако это зачастую допустимо, так как при
коротком замыкании в зоне защиты ток в цепи дифферен-
циального реле обычно значительно превышает значение I ср>
определенное по (5-6 а). Расчет 1ср по (5-6 а) в некоторых
случаях становится невозможным из-за низкой чувствитель-
ности дифференциальной защиты, и тогда приходится рас-
считывать Iср по (5-6) или применять специальные реле
с тормозными обмотками (см. § 5-3). Отметим, что замыка-
ние соединительных проводов дифференциальной защиты
шунтирует обмотку дифференциального реле и обусловливает
отказ защиты при коротком замыкании в зоне защиты.
Таким образом, продольная дифференциальная защита
может выполняться без выдержки времени, не требует от-
стройки от уставок защит смежных линий (по току и вре-
мени действия), а при расчете 1ср по (5-6) не требует также
отстройки от тока нагрузки защищаемой линии.
5-3. Способы повышения чувствительности
дифференциальной защиты
Чувствительность дифференциальной защиты оценивается
по коэффициенту чувствительности &.,, который должен быть
не менее 2:
149

где /*3.min— минимальное значение тока короткого замыка-
ния при повреждении в зоне защиты;
1ЗС— первичный токсрабатывания дифференциальной
защиты.
В тех случаях, когда чувствительность дифференциальной
защиты недостаточна, т. е. при кч < 2, приходится принимать
меры для повышения чувствительности.
Для этой цели применяются
следующие способы.
1. Дифференциальное реле
включается через специальные
быстро насыщающиеся транс-
форматоры тока БНТ (рис. 5-5).
Последние рассчитываются та-
ким образом,чтобы плохо транс-
формировалась апериодическая
составляющая тока короткого
замыкания. Это позволяет умень-
шить ток срабатывания диффе-
ренциальной защиты и тем са-
мым повысить кч. Дифференци-
альная защита с такой схемой
не получила значительного рас-
пространения ввиду того, что
включение дополнительных БНТ
усложняет и удорожает схему,
а также обусловливает некото-
рое замедление действия защи-
ты (на 1-т-1,5 периода).
2. Применяются специальные
дифференциальные реле с тор-
мозными обмотками. На рис. 5-6
приведена кривая /, показываю-
щая изменение тока небаланса
в цепи дифференциального реле
в зависимости от величины тока
внешнего короткого замыкания. Точка а соответствует 1нб. та*
при максимально возможном 1\теш.<* . Если в качестве диф-
ференциального реле включено обычное токовое реле, ток
срабатывания которого определяется по (5-6) и имеет по-
стоянную величину при любых первичных токах, то току
срабатывания дифференциальной защиты будет соответство-
вать прямая 2, Из рисунка видно, что чувствительность диф-
ференциальной защиты при токах 1\<1внеш.кз.тах может быть
резко повышена, если при э'шх токах уменьшить 1ср . По-
этому является желательным применение в качестве диффе-
ренциального такого реле, которое имело бы момент сопро-
тивления, зависящий от величины тока небаланса, т. е. имело
Рис. 5-5. Схема продольной
дифференциальной защиты с
включением реле через бы-
стро насыщающийся транс-
форматор тока.
150

бы характеристику тока срабатывания, идущую не по пря-
мой 2, а по некоторой кривой 2', проходящей более близко
к кривой тока небаланса 1. Такой характеристикой обладает
дифференциальное реле с тормозной обмоткой (рис. 5-7).
Реле снабжено двумя обмотками — рабочей и тор-
мозной.
Рабочая обмотка Р включена параллельно соеди-
нительным проводам дифференциальной защиты, как обыч-
ное реле в схеме с циркулирующими токами. Рабочая обмот-
ка имеет wp витков. По ней при внешних коротких замыка-
ниях и нормальной работе линии протекает ток небаланса,
<р
wax
fpjnm
^^х^ос
2
2>^^^
1^^
42
чбнеи
О чбнеш.кз
max
Рис. 5-6. Характеристика тока небаланса (/), токов срабаты-
вания обычного токового реле (2) и дифференциального реле
с тормозной обмоткой (2*)b зависимости от величины тока
внешнего короткого замыкания.
а при коротких замыканиях в зоне защиты ток поврежде-
ния, равный вторичному току от одного или двух ТТ соответ-
ственно при одно- или двухстороннем питании (см. формулы
(5-3), (5-4).
Тормозная обмотка Т включена в рассечку соеди-
нительных проводов дифференциальной защиты. Тормозная
обмотка имеет wm витков, и по ней протекает вторичный ток
ТТ, циркулирующий по соединительным проводам дифферен-
циальной защиты.
При коротком замыкании в зоне защиты и одно-
стороннем питании ток в тормозной обмотке не проте-
кает, а по рабочей обмотке протекает полный вторичный ток
одного ТТ, и реле срабатывает. Отметим, что если тормозная
обмотка включена с питающей стороны, то в этом случае но
рабочей и тормозной обмоткам будет протекать один и тот
же ток и для обеспечения срабатывания реле следует выби-
рать wp > wmJ чтобы получить* Мр > Жт(см- рис. 5-7, б).
При точных расчетах учитывается также Мм — момент трения и со-
противления пружины, действующий в сторону размыкания контактов
Реле (см. ниже (5-8).
151

При коротком замыкании в зоне защиты и двух
стороннем питании через тормозную обмотку будет про
текать ток одного ТТ, а через рабочую обмотку — сумма то
ков от обоих ТТ, т. е. условия для срабатывания реле будут
более благоприятными.
При внешнем коротком замыкании в цепи тормозной
обмотки протекает полный вторичный ток ТТ, а в цепи ра
ч
Р
ZZZj
4
"V
f—
1
—^
—f*'
Рис. 5-7. Схема включения дифференциального реле с одной тормозной
обмоткой (а) и схема устройства электромагнитного дифференциального
реле с тормозной обмоткой (б).
бочей обмотки — относительно небольшой ток небаланса
Поэтому реле при внешних коротких замыканиях срабаты-
вать не будет.
Условие срабатывания реле с тормозной обмоткой следу
ющее*
Мр > Мт + Мм
(5-8)
Рабочий и тормозной моменты пропорциональны квадратам
соответствующих ампервитков:
Mp = kxw\Pp
Mm = k2wm4\,
(5-9)
где k\ и k2 — коэффициенты пропорциональности;
L и L-
т — токи в рабочей и тормозной обмотках реле
152

При отсутствии тока в тормозной обмотке (когда /т=0
и Мт=0) реле срабатывает при минимальном токе в рабо-
чей обмотке 1ср~1Р.т\п- Этот ток может быть определен таким
образом*
Мм = кгт*р1*р.т1п. (5-10)
С учетом (5-9) и (5-10) выражение (5-8) примет вид
k}w\Pp = k2w*mI*m + k}w*pI*p.min. (5-11)
разделив все члены на k\Wpy получим выражение для рас-
чета тока рабочей обмотки, при котором реле срабатывает,
/2
или
^^Ш12^-12^- (5-12>
где кт~ — 1/ ^ = & — — так называемый коэффициент
торможения реле (k — у -г2) .
Из выражения (5-13) и кривой 2' на рис. 5-6, удовлетво-
ряющей этому выражению*, вытекает следующее.
1. Ток срабатывания реле представляет собой гиперболу
с ассимптотой, наклоненной к оси абсцисс под углом
ar=arctg£m.
2. Наклон характеристики тока срабатывания можно ре-
гулировать изменением коэффициента торможения km (на-
пример, путем изменения числа витков тормозной обмот-
ки wm).
3. Ток срабатывания реле возрастает с возрастанием тока
* тормозной обмотке.
4. Кривая тока срабатывания реле пересекает ось орди-
нат в точке 1Р. питсоответствующей току срабатывания реле
пРи отсутствии тока в тормозной обмотке.
5. Чувствительность дифференциальной защиты получа-
йся более высокой, чем в случае применения обычного токо-
н°го реле (см. характеристики 2 и 2').
Дифференциальная защита с тормозными обмотками по-
ручила некоторое распространение для защиты линий передач.
* Так как по тормозной обмотке при внешних коротких замыканиях
Ротекает полный вторичный ток ТТ, пропорциональный 1внеш.кз> для
^ав16 ° тоРмозн°й обмоткой характеристика 2' представляет одновременно
висимость тока срабатывания реле в рабочей обмотке от тока в топ-
ТОэнон обмотке, Т е Icp = f Urn)-
!53

Кроме рассмотренного дифференциального реле с одной
тормозной обмоткой, широко распространены аналогичные
по принципу действия реле с двумя и более тормозными об-
мотками. Реле с тормозными обмотками изготавливаются
электромагнитной или индукционной системы. Последние
применяются чаше.
В главе 10 рассматриваются дифференциальные реле с не-
сколькими тормозными обмотками индукционной системы,
применяющиеся для дифференциальной защиты многообмо
точных трансформаторов.
5-4. Схемы продольной дифференциальной защиты
линий передач
Для осуществления трехфазной схемы продольной диф
ференциальной защиты с циркулирующими токами (рис. 5-8)
' С
г<
/7Т<
'V
Ль
2ТТ^
nl
2
Г i
|с
' i <
)
uj
Г\"г<
щшшшшшшш*
1 <1
1 п '
г г *
<
■»
1 I
1 1«1. 1
1 1
0 1
1 T
fx,—
1 H^"1
JJJ
/71
TT_ 1
П 1
II WW1?2!
TT TT И
J4 Сигнал 1
w
_JT
J h .,, & fr 1
Ij 1
JJ
Ьашштмшмшв
Рис. 5-8. Трехфазная схема продольной дифференциальной защиты
с циркулирующими токами.
необходимо проложить четыре соединительных провода и к
ним подключить три реле (не считая указательного и про
межуточного реле).
\ЪА

В нулевой провод включено реле Г0, которое срабагы*
вает в случае обрыва вспомогательного провода и подает
импульс на сигнал.*
Нулевой провод заземляется в одной точке, обычно на
щите, где установлены реле. Заземление нулевого провода
в двух точках (у трансформаторов тока 1ТТ и 2ТТ) недопу-
стимо вследствие возможности ложного срабатывания диф-
ференциальной защиты при протекании по «земле» бпуж
1ТТ
н=>-№
2ГТ
Г~~\
фильтр
тока
Т Р
m
№
№
Фильтр
тока
Рис. 5-9. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты
с использованием фильтров тока.
дающих токов (например, при работе электросварочных ап-
паратов).
С целью уменьшения числа соединительных проводов
(жил кабеля) и дифференциальных реле в схемах продоль-
ной дифференциальной защиты линий, часто сравниваются
по величине и по фазе токи не всех фаз, как в схеме рис. 5-8,
а лишь токи, получающиеся на выходе специальных фильт-
ров симметричных составляющих или суммирующих транс-
форматоров.
Для примера на рис. 5-9 приведена принципиальная трех-
фазная схема дифференциальной защиты линии, в которой
использовано реле с тормозной обмоткой. В этой схеме на кон-
цах защищаемого участка устанавливаются фильтры, пре-
образующие трехфазную систему тока в однофазную. Так,
например, получила некоторое распространение продольная
Дифференциальная защита линий передач с реле типа РДЛ,
в которой используются совмещенные фильтры тока прямой
и нулевой последовательностей (I\ + kI0). В таких фильтрах
* Импульс на сигнал будет, очевидно, подаваться также при одно-
фазных коротких замыканиях в системах с большими токами замыкания
ча землю.
Г55

на зажимах тп появляется напряжение, пропорциональное
току повреждения в зоне защиты. Фильтр обеспечивает удов-
летворительную чувствительность к различным видам корот-
ких замыканий в зоне защиты и отстройку от режима нор-
мальной работы и внешних коротких замыканий.
Ввиду относительно редкого применения продольной диф-
ференциальной защиты на линиях передач и, в част-
ности, защиты с реле типа РДЛ, последняя в данном курсе
не рассматривается. Основным недостатком продольной диф-
ференциальной защиты линий передач, ограничивающим
ее применение для длинных линий, является высокая сто-
имость соединительных проводов (контрольных кабелей).
5-5. Общая характеристика продольной дифференциальной
защиты с циркулирующими токами
Из рассмотренного выше видно, что продольная диффе-
ренциальная защита может выполняться без выдержки вре-
мени, не требует отстройки от защит смежных участков (по
току и времени действия), не реагирует на короткие замы-
кания вне зоны защиты и токи, вызванные перегрузкой и
качаниями, обеспечивает селективную защиту при одно- и
двухстороннем питании без органов направления мощности.
Все это является достоинством продольной дифференциаль-
ной защиты.
Однако продольная дифференциальная защита имеет ряд
недостатков. Основными из них являются следующие.
1. Необходимость прокладки соединительных проводов
(кабелей), охватывающих всю зону защиты.
2. Необходимость загрубления защиты или выравнивания
плеч дифференциальной защиты при значительной длине за-
щищаемой линии и установке дифференциального реле на
одном конце линии; необходимость установки двух комплек-
тов реле на линиях с двухсторонним питанием и сложность
расчета токов срабатывания.
3. Возможность ложной работы либо отказа дифферен-
циальной защиты при повреждениях в цепях соединитель-
ных проводов; необходимость в специальной защите (сиг-
нализации) , контролирующей исправность вспомогательных
проводов.
4. Усложнение схемы защиты, происходящее вследствие*
а) повышения чувствительности путем применения
специальных реле с тормозными обмотками или насыщаю-
щихся трансформаторов тока;
б) уменьшения нагрузки на ТТ применением соеди-
нительных проводов с достаточно большим сечением, исполь-
зованием ТТ с 12 ном <Ъа и применением дополнительных ТТ
156

в) уменьшения числа соединительных прово-
дов и реле путем применения специальных фильтров или
суммирующих трансформаторов.
5. Необходимость специального подбора ТТ с идентичны-
ми характеристиками /2=/(Л).
6. Отсутствие резервирования защиты смежных участков
и обусловленная этим необходимость установки резервных
зашит на смежных участках.
Вследствие отмеченных выше недостатков продольная
дифференциальная защита получила ограниченное примене-
ние для защиты линий передач.
Как правило, продольная дифференциальная защита в
качестве основной применяется для защиты линий не-
большой протяженности, если более простые защиты (макси-
мальные токовые, отсечки и т. п.) в сочетании со средствами
автоматики (см. § 3-16) не обеспечивают требуемой чувстви-
тельности, селективности и быстроты действия. Согласно
«Правилам устройства электроустановок» продольная диф-
ференциальная защита может быть применена в тех случаях,
когда необходима специальная прокладка соединительных
проводов (кабелей) для линий напряжением 2—10 кв про-
тяженностью не выше 1—2 км, для линий напряжением 35 кв
длиной до 3—4 км и для линий напряжением 110—220 кв
длиной до 5—7 км. Однако продольная дифференциальная
защита применяется и для защиты более длинных линий,
если соединительный кабель используется одновременно для
целей защиты, телемеханики и связи.
5-6. Продольная дифференциальная защита
с уравновешенными напряжениями
Кроме рассмотренной выше продольной дифференциаль-
ной защиты с циркулирующими токами, иногда применяется
продольная дифференциальная защита с уравновешенными
напряжениями.
В схеме дифференциальной защиты с уравновешенными
напряжениями, также как и в сх^ме с циркулирующими то-
ками, по концам защищаемой линии устанавливаются оди-
наковые ТТ, вторичные обмотки которых соединяются так,
как показано на рис. 5-10. Дифференциальное реле включа-
ется в рассечку соединительных проводов, которые охваты-
вают всю зону защиты.
При нормальном режиме и внешнем коротком замыка-
нии (рис. 5-10,а) на зажимах вторичных обмоток ТТ индукти-
руются э. д. с. Е'2 и Е"2, которые в обмотке реле направлены
встречно. По обмотке реле протекает ток, обусловленный
разностью этих э. д. с:
157

__ с 2
EhG
Ze
I но ,
(5-14)
где ЕНб — э.д.с. небаланса, вызванная неидентичностью ха-
рактеристик трансформаторов тока 1ТТ и 2ТТ;
Ze—полное сопротивление вторичной цепи, включаю-
щее сопротивление вторичных обмоток трансфор-
маторов тока, соединительных проводов и обмот-
ки реле.
О
211
о
г\
р
и
l''t
4J
о
с\
/D-$t££
О
в
Рис 5-10. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты
линии с уравновешенными напряжениями:
л—нормальная работа и внешнее к.з.; б — к.з. в зоне защиты при одностороннем
питании; в — к. з. в зоне защиты при двухстороннем питании.
Ток срабатывания защиты выбирается большим макси-
мально возможного тока небаланса при внешнем коротком
замыкании:
1Ср — К>н**нб. max. внеш. кз.
(5-15)
В идеальном случае для совершенно идентичных ТТ, очевид-
но, /р=0.
При коротком замыкании в зоне защиты и одностороннем
питании (рис. 5-10, б) будет действовать одна э.д.с. £'?,
и ток в обмотке реле будет достаточным для его срабаты-
вания:
F'
I —— > /
р~~ ze °р ■
При коротком замыкании в зоне защиты и двухсторон-
нем питании (рис. 5-10, в) реле также будет срабатывать,
(5-16)
158

так как э.д.с. трансформаторов тока будут совпадать по на-
правлению:
/ Е 2 + Е 2
»4
(5-17)
В дифференциальной защите с уравновешенными напря-
жениями при нормальном режиме напряжения Е'2 и Е"2 про-
тивоположно направлены и уравновешивают друг друга. Со-
противление Ze велико, и во вторичной цепи ток практически
не протекает. Это позволяет при-
менять соединительные провода
(кабели) малого сечения, что
экономически выгоднее по срав-
нению со схемой с циркулирую-
щими токами. Однако вследствие
того, что в ТТ отсутствует раз-
магничивающий поток и весь пер-
вичный ток ТТ является намагни-
чивающим, стандартные ТТ на
гакой режим работы не рассчи-
таны, ибо он близок к режиму
работы с разомкнутой вторичной
обмоткой. Последнее является
настолько существенным недо-
статком рассматриваемой диф-
ференциальной защиты, что она
практически применяется очень
редко.
В некоторых случаях исполь-
зуются схемы с дополнительны-
ми IT, первичные обмотки ко-
торых включаются во вторичную
„ * тт / ^ принципе уравновешенных на-
Цепь Нормальных ТТ J4TO обу- п£яже„ий с использованием
словливает нормальный режим дополнительных трансформа-
последних), а вторичные обмот- торов тока,
ки этих дополнительных ТТ сое-
диняются по схеме с уравновешенными напряжениями (рис.
5-11). Дополнительные ТТ рассчитываются на длительную
работу с разомкнутой вторичной обмоткой.
Дифференциальной защите с уравновешенными напряже-
ниями присущи в основном те же достоинства и недостатки,
Чт° и защите с циркулирующими токами. Особенностью
является ненормальный режим работы ТТ линии (в схемах
без ДТТ) и отсутствие надобности в соединительных прово-
дах большого сечения. Кроме того, при обрыве соединительных
пРоводов дифференциальная защита с уравновешенными на-
ряжениями отказывает в действии, а при замыкании соеди-
нительных проводов — ложно отключает линию при нор-
Рис. 5-П. Схема продольном
дифференциальной зашиты на
159

мальном работе (вследствие резкого уменьшения Ze за счет
шунтирования относительно большого сопротивления вторич-
ной обмотки второго ТТ). Поэтому и в этой защите требует-
ся специальный контроль за исправностью соединительных
проводов.
Дифференциальная защита с уравновешенными напря-
жениями для защиты линий применяется очень редко, так
как она не имеет существенных преимуществ по сравнению
со схемой с циркулирующими токами, но обладает отмечен-
ными выше дополнительными недостатками. Использовав-
шаяся ранее защита типа Транслей, основанная на принципе
уравновешенных напряжений, в настоящее время не при-
меняется.
5-7. Поперечная токовая дифференциальная защита
Если две одинаковые линии идут параллельно от одной
подстанции к другой и присоединяются к шинам подстанций
через один общий выключатель, то для обеих линий устанав-
ливается общая защита, отключающая выключатель при ко-
ротком замыкании на любой из линий.
Для защиты двух параллельных линий напряжением
3—35 кв широкое распространение получили поперечные то-
ковые дифференциальные защиты, основанные на сравнении
токов параллельных линий по величине и фазе (рис. 5-12).
На каждой из параллельных линий со стороны питания
устанавливаются одинаковые трансформаторы тока 1ТТ и
2ТТ. Вторичные обмотки ТТ одноименных фаз соединяются
между собой разноименными зажимами («восьмеркой»), и
параллельно к ним, т. е. на разность токов двух ТТ, подклю-
чается дифференциальное реле РД (обычное токовое реле
типа ЭТ-520).
Если сопротивления параллельных линий одинаковы, т. е.
одинаковы длина, материал и сечение проводов, а также оди-
наковы сопротивления в контактах линейных разъедините-
лей каждой из линий, то и токи, протекающие по параллель-
ным линиям при нормальной работе и внешних коротких за-
мыканиях, будут одинаковыми. При этом через обмотку диф-
ференциального реле будет протекать небольшой по величине
ток небаланса, обусловленный неидентичностью характери-
стик трансформаторов тока (/'«<?) и некоторым неравен
ством первичных токов (1"нб).
/р=1'нб+Г'нб. (5-18;
Ток срабатывания реле выбирается большим максимально
возможного тока небаланса при внешних коротких замыка
ниях:
360

<* r>n #« • Лнб
'ср
«о. шах внеш.кы.
(5-19)
При коротких замыканиях на одной из линий (точка К-1) к
месту замыкания будут протекать токи /*~} и /JlJ* ^ти токи
не равны по величине вследствие неодинакового расстояния
от источника питания до точки короткого замыкания. Нера-
венство первичных токов обусловит неравенство вторичных
8-2
Рис. 5-12. Однофазная схема токовой поперечной дифференциальной
защиты и резервной максимальной токовой защиты параллельных линий.
токов и появление в цепи дифференциального реле тока, пре-
вышающего ток срабатывания. Реле сработает и отключит
выключатель В~1.
При коротком замыкании в конце одной из линий (точка
К-2) разность токов, протекающих по параллельным линиям,
будет очень малой и реле не сработает. Таким образом, в
конце защищаемой линии имеется мертвая зона (на рис.
5-12 заштриховано), в пределах которой поперечная диффе-
ренциальная защита не действует. Наличие мертвой зоны яв-
ляется существенным недостатком поперечной дифференци-
альной защиты.
Величина мертвой зоны в процентах от длины защищае-
мой линии определяется расчетом [7]:
1кз
100 % ,
(5-20)
где 1С.;, — первичный ток срабатывания поперечной диффе-
ренциальной защиты, рассчитанный по (5-19),
причем
1с.
krr-l
ср*
11 M. В. Титаренко, И. А. Носков-Дукельекпй
161

1кз —суммарное значение тока при коротком замыка-
нии на границе мертвой зоны; в первом приближе-
нии 1кз можно определять как ток короткого за-
мыкания на шинах приемной подстанции Б.
Допустимая величина мертвой зоны поперечной диффе-
ренциальной защиты <10% всей длины линии.
Для повышения чувствительности и уменьшения мертвой
зоны поперечной дифференциальной защиты следует умень-
шать 1с.з (см. форм. 5-20). Это можно осуществить путем
уменьшения составляющих тока небаланса (подбор ТТ с
идентичными характеристиками, выравнивание сопроти-
влений параллельных линий путем подбора на параллель-
ных линиях проводов одинакового сечения, материала и
длины).
Для двух параллельных линий с неодинаковыми токами,
например, когда провода линий имеют разное сечение или
разную длину, поперечная дифференциальная защита также
применяется. Однако для отстройки от возрастающих значе-
ний тока небаланса У'нб приходится выбирать, согласно
(5-18), большие значения тока срабатывания, т. е. загрублять
защиту и увеличивать мертвую зону.
Поперечной дифференциальной защите присущ еще один
недостаток. При выводе одной из параллельных линий в ре-
монт и отключении ее разъединителями с обоих концов через
дифференциальное реле будет протекать вторичный ток остав-
шейся в работе второй линии. Этот ток в общем случае бу-
дет превышать Iср, и защита отключит работающую линиюв
Поэтому при отключении одной из параллельных линий попе-
речная дифференциальная защита должна выводиться из
действия. Часто для этой цели цепь оперативного тока защи-
ты проходит через последовательно соединенные блок-кон-
такты (КСА) разъединителей линий (см. рис. 5-12): при от*
ключении любой из параллельных линий с защиты снима-
ется оперативный ток.
Если параллельные линии имеют двухстороннее питание,
то поперечная дифференциальная защита устанавливается
с обоих концов линии с действием каждого комплекта защи-
ты на отключение соответствующего выключателя (рис. 5-13).
Установка органов направления мощности не требуется.
Для резервирования поперечной дифференциальной защи-
ты и защит смежных элементов при коротком замыкании в
пределах мертвой зоны, а также в случаях вывода попереч-
ной защиты из действия при отключении одной из параллель-
ных линий необходимо иметь резервную защиту. Обыч-
но на параллельных линиях в качестве резервной защиты
устанавливают максимальную токовую защиту. На рис. 5-12
условно показано, что резервная максимальная токовая за-
щита установлена на линии до разветвления, так как часто
162

реле токовой защиты включаются на сумму токов двух
линий.
Поперечная дифференциальная защита по принципу сво-
его действия не должна отстраиваться (по току и времени
действия) от защит смежных элементов. Поэтому она всегда
выполняется мгновенно действующей. Поперечная дифферен-
циальная защита не реагирует на внешние короткие замы-
кания, токи нагрузки и качания. Схемы поперечной защиты
просты, и, в отличие от схем продольной дифференциальной
Рис. 5-13. Принципиальная схема поперечной дифференциальной защиты
параллельных линий при двухстороннем питании.
защиты, соединительные провода требуются небольшой
длины.
Благодаря этому поперечная дифференциальная защита
широко применяется в качестве основной для защиты па-
раллельных линий, подключенных через общий выключатель.
В сетях с малыми токами замыкания на землю (до 35 кв)
поперечные дифференциальные защиты обычно применяются
в двухфазном исполнении. В сетях с большими токами за-
мыкания на землю (ПО кв и выше) рассмотренные попереч-
ные защиты применяются реже, так как такие линии обычно
имеют индивидуальные выключатели на каждой из паралле-
льных линий, а ненаправленная поперечная зашита не может
отличать, на какой из линий произошло повреждение и, сле-
довательно, не может обеспечить требование селективности.
5-8. Направленная поперечная дифференциальная защита
Для защиты двух параллельных линий, подключенных че-
рез отдельные выключатели с обеих сторон, применяется
направленная поперечная дифференциальная защита. На рис.
5-i4 приведена принципиальная схема этой защиты в одно-
фазном исполнении для случая одностороннего питания
линии.
Аналогично поперечной дифференциальной защите, рас-
смотренной в предыдущем параграфе, на обеих линиях уста-
U*
163

ООН
га—и
Рис. 5-14. Принципиальная схема направленной поперечной дифференциальной защиты двух парал-
лельных линий.

Рис. 5-15. Векторная диаграмма токов
и напряжений, подведенных к реле на-
правления мощности 2 и 3 при корот-
ких замыканиях в точках К-1 (а) и
К-2 (б) (см. рис. 5-14).
навливаются одинаковые трансформаторы тока, вторичные
выводы одноименных фаз которых включаются на разность
токов двух одноименных фаз линий («восьмеркой»). К выво-
дам подключаются токовое реле (пусковой орган) и два реле
направления мощности (органы направления мощности). Два
реле направления мощности с каждой стороны линии необхо-
димы для выбора пов-
режденной линии (мо-
жет быть применено од-
но реле направления
мощности двухсторонне-
го действия).Обмотки на-
пряжения реле направле-
ния мощности подклю-
чены к шинным транс-
форматорам напряжения
ТН; схемы подключения
реле направления мощ-
ности аналогичны рас-
смотренным выше (см.
§ 4-7).
При нормальной ра-
боте и внешних корот-
ких замыканиях ток в
цепи реле равен относи-
тельно небольшому току небаланса и защита не сраба-
тывает.
При коротком замыкании на линии 1 (точка К-1) линия
должна быть отключена выключателями В-1 и В-2. Это от-
ключение направленная поперечная дифференциальная за-
щита производит следующим образом. Так как повреждение —
в зоне защиты, то ток в цепи пусковых органов 1 и 4 будег
достаточным для их срабатывания.
Реле направления мощности 5 и 6 приемного конца вклю-
чены таким образом, что они срабатывают только при на-
правлении тока короткого замыкания от шин в линию. Сле-
довательно, при рассматриваемом коротком замыкании в
точке К-1 реле 6 не будет работать и выключатель В-4 оста-
нется включенным. Реле направления мощности 5 сработает,
и выключатель В-2 отключится.
Несколько сложнее работа реле направления мощности
2 и 3, установленных со стороны питания. Как видно из схе-
мы подключения этих реле, по их токовым обмоткам проте-
кает один и тот же ток 1Р, а напряжения, подведенные к
обмоткам напряжения, находятся в противофазе. Согласно
векторной диаграммы токов и напряжений, подведенных к
реле направления мощности 2 и 3 (рис. 5-15), для реле 2
вращающий момент будет определяться напряжением Up.*,
165

током 1Р и углом <рр.2. В то же время для реле 3 вращающий
момент будет определяться напряжением £/ 3 (которое на-
ходится в противофазе с Up.i)y током 1р и углом ^.з- Если
реле 2 и 3 имеют Мвр = k UpIpcos <рр (внутренний угол реле а
для простоты принимаем равным нулю, см. формулу (4-7), то
при коротком замыкании в точке К-1 (рис. 5-15, а) и значе-
ниях углов 0< <рр.2 <90° и 180°<?р.з <270° вращающий мо-
мент у реле 2 будет положительный и потому сработает только
Линия 1
А
Линия 2
в~2
-О—i
S-4
Рис. 5-16. Зоны каскадного действия 7а и 1б поперечных направленных
защит.
реле 2. Поврежденная линия отключится с обеих сторон вы-
ключателями В-1 и В-2. Вторая линия останется в работе.
При коротком замыкании на второй линии (точка К-2)
ток, протекающий по линии 2, будет больше тока линии /, в
результате чего направление тока в цепи реле изменится на
обратное (рис. 5-15,6). При этом положительным будет Мвр.3,
и защита отключит выключатель В-3. С другой стороны ли-
ния отключится выключателем В-4.
Таким образом обеспечивается селективное отключение
поврежденной линии.
Ниже рассматриваются основные особенности работы на-
правленной поперечной дифференциальной защиты.
Каскадное действие. При коротком замыкании на
одной из линий у подстанции Б в точке К (рис. 5-16) ток в
цепи токового реле дифференциальной защиты подстанции
А может быть недостаточным для срабатывания пускового
реле. Поэтому вначале отключится выключатель В-2. После
отключения В-2 весь ток короткого замыкания будет проте-
кать по линии /, защита сработает и отключит выключатель
В-1. Такое неодновременное отключение с обоих концов пов-
режденной линии называется каскадным отключе-
нием. Зона каскадного отключения находится на противо-
166

лоложном конце линии (на рис. 5-16 /ди /б — зоны кас-
кадного действия для защит подстанций А и Б соответ-
ственно).
При каскадном действии защиты общее время отключения
увеличивается примерно вдвое, что является недостатком
рассматриваемой защиты. В некоторых случаях такая задер-
жка отключения короткого замыкания может быть недопу-
стима по условиям устойчивости.
Зону каскадного действия поперечной направленной диф-
ференциальной защиты иногда называют мертвой зоной за-
щиты по току. Расчет мертвой зоны по току производится
так же, как и для ненаправленной поперечной дифференци-
альной защиты (см. форм. (5-20). Длина мертвой зоны дол-
жна составлять не более 25% длины линии.
Пусковые органы. В качестве пусковых органов на-
правленной поперечной дифференциальной защиты обычно
применяются токовые реле типа ЭТ-520. Ток срабатывания
пускового органа выбирается большим максимального тока
нагрузки, протекающего при отключении одной из параллель-
ных линий:
г кн 1нагр.тах /г ni\
Такой выбор 1ср обеспечивает возврат токового реле после
отключения одной линии. Если же последнее условие не бу-
дет выполнено, то после отключения поврежденной линии
оставшаяся в работе линия также может отключиться. Дей-
ствительно, как только включится со стороны питания отклю-
чившаяся ранее линия (например, от АПВ), будет подан
оперативный плюс и произойдет неправильное отключение
работавшей до сих пор линии.
Выбор / по (5-21) обычно удовлетворяет условию (5-19),
а также обеспечивает отстройку от токов в неповрежденных
фазах при двухфазных и однофазных коротких замыканиях.
Направленная поперечная дифференциальная защита дол-
жна иметь коэффициент чувствительности пускового органа;
До отключения поврежденной линии с одной стороны k4>2,
а после отключения линии с одной стороны k4>\,5 [1].
Если путем применения токовых пусковых органов не уда-
ется получить указанных значений кч и величина мертвой
зоны по току (зона каскадного действия) превышает 25%, то
применяются специальные средства для повышения чувстви-
тельности пусковых органов защиты. Для указанной цели
используются пусковые реле минимального напряжения или
пусковые токовые реле в сочетании с реле минимального на-
пряжения (рис. 5-17).
При каскадном отключении одной линии оставшаяся в
Работе линия не отключается, даже если сработают пусковое
167

токовое реле и реле направления мощности, так как опера
тивная цепь будет разомкнута на контактах реле напряже
ния 2, замыкающихся только при коротком замыкании на за
щищаемой линии.
Наличие в пусковом органе реле минимального напряже-
ния (типа ЭН-528) несколько усложняет схему, но позволяет
выбрать значительно меньший ток срабатывания пускового
органа и тем самым повысить его чувствительность. В таких
о
8-2
8-U
Рис, 5-17. Принципиальная схема поперечной направленной дифферен-
циальной защиты с комбинированным пусковым органом повышенной
чувствительности и реле направления мощности двухстороннего действия.
случаях ток срабатывания пускового органа может быть вы-
бран по условию (5-19).
Для повышения k4 иногда применяют также включение
токовых реле дифференциальной защиты через насыщающие-
ся трансформаторы тока, что позволяет не учитывать апери-
одической составляющей тока при внешних коротких замы-
каниях (см. § 5-3).
Мертвые зоны органа направления мощно-
сти. Кроме рассмотренной выше мертвой зоны пускового ор-
гана, направленная поперечная дифференциальная защита
имеет еще мертвые зоны органа направления: по току и на-
пряжению.
Реле направления мощности может иметь мертвую зону
по току, т. е. отказывать при удаленных замыканиях и ма-
лых значениях тока в токовой обмотке. Мертвая зона по току
находится на противоположном конце линии, ее длина долж-
на быть не более 25%. При коротких замыканиях в пределах
мертвой зоны по току поперечная дифференциальная защи
та действует каскадно, т. е. так же, как пусковой орган в зо-
не каскадного действия.
168

Мертвая зона реле направления мощности по напря-
жению появляется в результате того, что при близраспо-
ложенных трехфазных коротких замыканиях, когда значи-
тельно снижается подводимое к реле напряжение, реле не
срабатывает. Мертвая зона по напряжению находится вбли-
зи шин той подстанции, где установлена защита, причем она
может совпадать с мертвой зоной по току (пускового органа
или органа направления мощности) защиты противополож-
ного конца линии. Наличие такого совпадения мертвых зон
может послужить причиной отказа в действии рассматривае-
мой защиты с обоих концов. В подобных случаях, если веро-
ятность возникновения трехфазных коротких замыканий ве-
лика (например, в кабельных линиях), требуется применять
быстродействующие резервные защиты.
Для уменьшения мертвой зоны часто применяют такие
схемы, в которых напряжение к обмотке напряжения реле
направления мощности подводится только при срабатыва-
нии токового пускового органа, что позволяет выбирать реле
направления мощности с меньшей величиной Ucp,m\n
(см. §§4-4, 4-5).
Блокировка защиты. Поперечная дифференциаль-
ная защита, по принципу своего действия, не может быть
оставлена в работе в случае отключения одной из параллель-
ных линий. Поэтому она выводится из действия при отклю-
чении одной из линий, для чего оперативный ток заводится
через последовательно соединенные нормально открытые
блок-контакты выключателей (см. рис. 5-14). К работе этих
блок-контактов предъявляется жесткое требование: при кас-
кадном действии защиты разрыв цепи оперативного тока на
блок-контактах должен опережать размыкание главных кон-
тактов выключателей. В противном случае возможно неселек-
тивное отключение выключателя второй линии той подстан-
ции, где отключился первый выключатель. Учитывая возмож-
ную разрегулировку блок-контактов выключателей, в схемах
поперечной дифференциальной защиты иногда применяют до-
полнительные блокирующие промежуточные реле, обеспечи-
вающие отключение только одной линии (схема включения
этих реле показана ниже).
На рис. 5-18 в качестве примера приведена полная схе-
м а направленной поперечной дифференциальной защиты
двух параллельных линий, работающих в сети с малым током
замыкания на землю. Работа схемы ясна из предыдущего.
Реле направления мощности включены по 90-градусной схе-
ме с подводом напряжения при срабатывании пускового ор-
гана. Промежуточные реле 7 и 8 обеспечивают надежное вы-
ведение защиты из действия при отключении одной из линий.
В некоторых случаях в схемах направленной поперечной
дифференциальной защиты для получения более высокой чув-
169

Рис. 5-18. Полная схема направленной поперечной дифференциальной защиты параллельных линий,
работающей в сети с малыми токами замыкания на землю.

€Твительности к однофазным замыканиям устанавливаются
дополнительные реле тока и направления мощности, вклю-
ченные на ток и напряжение нулевой последовательности.
Направленная поперечная дифференциальная зашита име-
ет ряд недостатков. Рассматриваемая защита в некоторых
случаях может работать неселективно:
а) при обрыве провода с односторонним заземлением в
сети с большим током замыкания на землю срабатывает за-
Рис. 5-19. Случаи неправильного действия направленной поперечной
защиты при обрыве провода с односторонним заземлением (а) и двойном
замыкании (б).
Щита на подстанции Б и селективно отключает выключатель
fi-2 (рис. 5-19, а). Одновременно приходит в действие защита
второй линии со стороны подстанции Л, которая может несе-
лективно отключить выключатель В-3\
б) в сети с малым током замыкания на землю защита
может неправильно работать в некоторых случаях двойных
замыканий (рис. 5-19,6). После отключения поврежденной
линии Л-/ выключателем В-2 через неповрежденную линию
Л-2 будет протекать ток повреждения, обусловленный второй
точкой замыкания, находящейся на отходящей от подстан-
ции Б линии. При этом выключатель В-3 может неселекгивно
отключить неповрежденную линию Л-2-
171

Кроме того, недостатками рассматриваемой защиты явля-
ются наличие мертвых зон, необходимость усложнения защи-
ты для повышения чувствительности пускового органа, бло-
кировка защиты при отключении одной из параллельных ли-
ний и т. д.
Несмотря на отмеченные выше недостатки, поперечная
направленная дифференциальная защита получила широкое
распространение в качестве основной для защиты парал-
лельных линий, подключенных через отдельные выключатели.
Ее главные достоинства — простота выполнения и высокая
надежность в работе, быстродействие, высокая чувствитель-
ность и селективность действия при коротком замыкании на
одной из параллельных линий.
5-9. Балансная защита
Разновидностью поперечной дифференциальной защиты
параллельных линий, подключенных к шинам через отдель-
ные выключатели, является защита балансного типа. На рис.
5-20 приведена принципиальная схема балансной защиты
для одной фазы.
Основой рассматриваемой схемы является специальное ба-
лансное реле. Балансное реле имеет две токовых обмотки —
рабочую Р, подключаемую к ТТ защищаемой линии, и
тормозную Г, подключаемую к ТТ параллельной линии.
Кроме того, реле имеет удерживающий элемент — обмотку
напряжения Я, подключаемую к трансформатору напряже-
ния шин.
На рис. 5-21 приведена упрощенная схема устройства ин-
дукционного балансного реле типа ИТБ-201А. При протека-
нии тока по рабочей и тормозной обмоткам создается маг-
нитный поток, который замыкается через полюсные наконеч-
ники /-/ и //-//. Между полюсными наконечниками //-// за-
мыкается не только поток, обусловленный током в рабочей
и тормозной обмотках, но также и поток, созданный обмот-
кой /С. Вследствие того, что обмотка К замкнута на емкость
С и сопротивление /?i создается сдвигпо фазе между ре-
зультирующими потоками Ф/-/И Ф//_//.
Таким образом, на помещенный между полюсными нако-
нечниками алюминиевый барабанчик (цилиндр) 6 будет дей-
ствовать два потока, сдвинутых между собой как в простран-
стве, так и по фазе. Как уже отмечалось выше (см. § 3-3),
при этом создается вращающий момент, под действием
которого барабанчик может повернуться и замкнуть кон-
такты 7.
Схема расположения и параметры рабочих и тормозных
обмоток выбираются таким образом, что при равных тока к
172

в рабочей и тормозной обмотках, когда Ip =/m» реле не сраба-
тывает. При 1р<1п реле также не срабатывает.
Реле срабатывает только в том случае, когда 1р>1т , т- е.
при условии
Ip.cp = km'*tw (5-22)
где ^ — коэффициент торможения, обычно равный 1,3.
Рис. 5-20. Принципиальная схема поперечной дифференциаль-
ной защиты параллельных линий балансного типа.
Зависимость тока в рабочей обмотке, при котором реле
срабатывает, от тока в тормозной обмотке графически выра-
жается посредством так называемых тормозных харак<
теристик (рис. 5-21,6).
На рис. 5-21, а не показан удерживающий элемент напря*
жения балансного реле. Этот элемент состоит из якоря, ук-
репленного в верхней части оси общей с барабанчиком, и об-
мотки напряжения с магнитопроводом. При полном напря-
жении на обмотке напряжения создается удерживающий мо-
17Д

мент, препятствующий срабатыванию реле. Поэтому характе-
ристики 1р.ср=1ит) пРи Up =100 в проходят выше анало-
гичных характеристик при Up =0.
Если токи в рабочей и тормозной обмотках не совпадают
по направлению, то это также несколько изменяет ток сра-
батывания реле.
Рис. 5-21. а—упрощенная схема устройства балансного реле типа ИТБ-201А:
Р — рабочая обмотка с выводами / и 2, Т ■— тормозная обмотка с выводами
S и 4, К — дополнительная обмотка, 5 — магнитопровод с 4-мя полюсами,
6 — алюминиевый барабан, 7 — контакты реле
б — тормозные характеристики Ip.cp =f(IT) балансного реле
типа ИТБ-201А.
На рис. 5-21, а не показана также пружина, препятствую-
щая срабатыванию реле. Момент этой пружины и удержи-
вающего элемента напряжения должен превышать момент,
создаваемый рабочей обмоткой реле при максимальной
нагрузке линии и отключении одной из параллельных
линий со стороны приемной подстанции, когла /ш = 0. Если
это условие не будет выполняться, то вслед за отключением,
например выключателя В-2 на линии / (см. рис. 5-20), под
действием рабочего тока сработает реле 2 и отключит остав-
шуюся в работе линию 2.
Рассмотрим работу балансной защиты при различных
режимах.
При нормальной работе параллельных линий и внешних
коротких замыканиях токи в линиях одинаковы. Следова-
тельно, будут одинаковыми токи в рабочих и тормозных об-
мотках обоих реле (если не учитывать ГНб и Гнб) и реле
работать не будут (см. форм. (5-18).
174

При коротком замыкании на одной из параллельных:
линий ток, протекающий по поврежденной линии, будет
больше тока, протекающего по неповрежденной линии, в
результате чего реле поврежденной линии придет в действие
й отключит эту линию.
Вследствие того, что km> 1 (см. форм. (5-22), при корот-
ком замыкании в конце защищаемой линии балансная за-
шита отказывает и срабатывает только каскадно, т. е. после
отключения поврежденной линии со стороны приемной под-
станции. Зона каскадного действия токового пускового реле
определяется по (5-20). Для балансного реле типа ИТБ зона
каскадного действия определяется по формуле [4]
1каск о/0 = Сз^ Ю0%, (5-23)
где hp.mm — минимальный ток срабатывания реле при /w=0
(см. рис. 5—21, б);
1КЗ—в первом приближении суммарный ток корот-
кого замыкания на шинах приемной подстанции.
Если параллельные линии имеют одностороннее питание,
то балансная защита может быть установлена только со сто-
роны питания. Установка балансной защиты на стороне при-
емной подстанции не обеспечивает отключения поврежден-
ной линии, так как токи в рабочей и тормозной обмотках
будут одинаковы и реле не сработает. В таких случаях на
стороне приемной подстанции обычно устанавливается на-
правленная поперечная дифференциальная защита.
При двухстороннем питании параллельных линий ба-
лансная защита может быть установлена с обоих концов.
Так же, как и рассмотренная выше поперечная защита,,
балансная защита должна выводиться из действия при от-
ключении одной из параллельных линий, что осуществляется
снятием оперативного тока с защиты при отключении одного-
из выключателей (см. рис. 5-20), либо взаимной блокиров-
кой отключающих цепей на контактах выходных промежу-
точных реле.
Недостатками рассматриваемой балансной зашиты
являются: наличие мертвой зоны (зоны каскадного дейст-
вия); необходимость вывода защиты из действия при отклю-
чении одной из параллельных линий; нечувствительность
к коротким замыканиям на смежных участках сети и отсут-
ствие резервирования защит смежных участков; необходи-
мость в специальных реле сложной конструкции и дополни-
тельных резервных защитах; неправильная работа при об-
рыве провода с односторонним заземлением и некоторых
видах двойных замыканий (см. рис. 5-19).
Достоинства балансной защиты — быстродействие,
**алое количество реле в схеме, высокая чувствительность
17&>

к коротким замыканиям на защищаемой линии (исключая
мертвую зону).
Балансная защита широко применяется для защиты па-
раллельных линий со стороны источника питания. В сетях
с малым током замыкания на землю балансная защита
обычно применяется в двухфазном исполнении, ч сетях
с большим током замыкания на землю — в трехфазном ис-
полнении.

Глава шестая
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
6-1. Принцип действия и основные органы защиты
В современных энергосистемах для защиты линий пере-
дач получили широкое распространение мгновенно дейст-
вующие токовые отсечки и отсечки по напряжению. Однако,
как отмечалось выше, во многих случаях отсечки не могут
быть применены (см. гл. 3)*
Применение максимальных токовых защит (ненаправ-
ленных и направленных) позволяет в ряде случаев полу-
чить селективную защиту, но необходимость ступенчатой
настройки выдержек времени приводит к очень большим
уставкам на головных участках сети, т. е. вблизи источни-
ков питания. Таким образом, близрасположенные и наи-
более тяжелые короткие замыкания отключаются с боль-
шими выдержками времени, что является весьма нежела-
тельным, а в отдельных случаях — недопустимым.
Для радиальных линий с односторонним питанием часто
представляется возможным увеличить быстродействие защи-
ты путем использования неселективных токовых защит или
отсечек, исправляемых АПВ (см. § 3-16).
Сложнее обстоит вопрос быстродействующей и селектив-
ной защиты линий в кольцевых сетях и в сетях сложной
конфигурации с двумя и более источниками питания. В та-
ких случаях упомянутые выше защиты, как правило,
не могут обеспечить быстрое и селективное отключение по-
врежденных участков. Эту задачу удается разрешить по-
ложительно применением более сложных защит, например,
дистанционных.
Дистанционной называется защита, время дейст-
вия которой зависит от расстояния (дистанции) до точки
короткого замыкания:
ic.3^f(l«3). (6-1)
?2 М. В. Тптарспко и II Л Поскоп-Дукельськпй
177

Время действия защиты определяется не абсолютными
значениями подведенных к реле напряжения и тока, а за
висит от их отношения
<«=/(£)- (6-2;
К защите, находящейся ближе к точке короткого замы
хания, будет подводиться меньшее по величине напряжение,
и эта защита сработает
быстрее защиты смежного,
более удаленного участка*
Таким образом, достигает-
ся селективность действия
дистанционной защиты
смежных участков.
На рис. 6-1 приведена
принципиальная схема ди-
станционной защиты, где по
казано включение четырех
основных органов защиты.
Пусковой орган /
приводит защиту в дей-
ствие при возникновении
повреждения в пределах
определенной зоны.
Орган направления
мощности 2 устанавли-
вается в кольцевых сетях и
сетях с двухсторонним пи-
танием и служит для раз-
решения работы защиты
короткого замыкания от шин
Рис. 6-1. Основные органы дистан
ционной зашиты:
/ — пусковой, 2 — направления мощ-
ности.
3
4 —
дистанционный (омметр)
выдержки времени.
при направлении мощности
в линию.
Дистанционный орган 3 реагирует на отношение
Up л.
~ , или, что то же самое, на фиктивное сопротивление на
>Р
его зажимах 1ф, пропорциональное расстоянию от места
установки защиты до точки короткого замыкания. Исходя
из этого, дистанционные реле часто называют оммет-
рами.
Орган выдержки времени 4 служит для создания
выдержки времени в зависимости от расстояния до точки ко-
роткого замыкания, определяемого работой омметра.
Конструктивно органы дистанционной защиты могут
выполняться либо в виде отдельных реле, либо в виде реле,
объединяющего несколько органов. Так, например, в случаях
применения направленных пусковых органов или направ-
ленных омметров не требуется установки отдельных реле
J78

направления мощности. Иногда в схеме дистанционной защи-
ты некоторые органы могут вообще отсутствовать. Например,
на концевых участках сети часто можно обойтись без реле
времени, в сети с односторонним питанием не нужен орган
направления мощности и т. д.
Как видно из схемы рис. 6-1, дистанционная защита
срабатывает в том случае, когда срабатывают все ее орга-
ны. Реле направления мощности и дистанционное реле имеют
обмотки токовые и напряжения и подключаются к ТТ и ТН.
Схемы включения реле направления мощности рассмотрены
в § 4-7, схемы подключения дистанционных реле рассматри-
ваются ниже (см. § 6-7).
6-2. Характеристики выдержек времени
На рис. 6-2 приведены характеристики выдержек времени
дистанционной защиты линии АБУ показывающие зависи-
мость времени действия защиты от расстояния до точки ко-
роткого замыкания (фиктивного сопротивления на зажимах
реле). Известны три вада этих характеристик: ступенчатые,
наклонные и комбинированные.
При ступенчатой характеристике (рис. 6-2,6) защи-
та действует с выдержкой времени t\, U или h в зависимости
от того, в какой зоне происходит замыкание. Обычно выпол-
няют защиту, состоящую из трех зон. Применение большего
количества зон значительно усложняет схему и не дает за-
метного преимущества. С учетом возможной погрешности ди-
станционной защиты (см. § 6-11) защита зоны / обычно
охватывает 70—85% длины защищаемой линии и действуете
минимальным временем t\. Конец линии АБ, подстанция Б и
примерно 30—40% следующей линии охватываются зоной //,
в пределах которой короткие замыкания отключаются с вы-
держкой времени
t2 = tt + U. (U = 0,4 -г 0,6 сек.)
При Z<p > Z2, т. е. при замыканиях в зоне ///, защита дей-
ствует с выдержкой времени
*з = *2 + А^
Расчет зон и выдержек времени подробнее рассмотрен в
§ 6-11.
Защита с наклонной характеристикой (рис. 6-2, в)
обеспечивает постепенное увеличение выдержки времени по
мере удаления точки короткого замыкания. При поврежде-
нии в начале линии защита действует с минимальной вы-
держкой времени tx\ при Z<p = 0-r-Zmax — с выдержкой вре-
мени t2, согласно наклонной части характеристики; при
Z<f> > Zmax — с выдержкой времени /3- Наклонная часть ха~
12*
17")

рактеристики охватывает всю длину защищаемой линии и
часть следующей линии. Величина ^шах и наклон характери-
стик (угол а) обычно регулируются при настройке защиты
для получения селективного действия и надежного резерви-
рования защит смежных участков.
Комбинированная характеристика (рис. 6-2, г)
представляет собой сочетание двух предыдущих характери-
а б в
а [о—
©-+=}
КЗ-
К=>
о)
я 1 I I I I 1 I.
-1гона
-Изона •
-Шзона -
1,км
'(Z,om)
■Ш^Щ[
Рис. 6-2. Схема сети, где на линии А Б установлена ди-
станционная защита (а) и виды характеристик выдержки
времени защиты: б —ступенчатая, в — наклонная,
г — комбинированная.
стик. Зоны ее действия выбираются примерно так же, как и
для ступенчатой характеристики.
На практике наибольшее распространение получили сту-
пенчатые характеристики, так как они обеспечивают очень
быстрое отключение через t\ коротких замыканий в начале
защищаемой линии (70—85% длины) и отключение с отно-
сительно небольшой выдержкой времени U повреждений в
конце защищаемой линии и на шинах приемной подстанции-
Кроме того, получение ступенчатой характеристики конструк-
тивно достигается наиболее просто (см. § 6-6). Наклонные
и комбинированные характеристики иногда применяются для
лучшего согласования защит смежных участков.
teo

На рис. 6-3 приведен пример схемы дистанционной защи-
ты с согласованием характеристик защит выключателей сети
с двухсторонним питанием. Характеристики выдержек вре-
мени нечетных защит 1, 3 и 5, действующих при направлении
мощности короткого замыкания слева направо (показано
стрелками у выключателей), изображены над осью, а для
цетных защит — под осью. Заштрихованные участки соответ-
ствуют времени отключения коротких замыканий дистанцион-
ными защитами соответствующих линий. Так, например, при
коротком замыкании на линии БВ (точка К) срабатывают
Рис. 6-3. Схема сети с двухсторонним питанием, на линиях которой
установлены дистанционные защиты со ступенчатыми характеристиками
выдержки времени (а); согласование ступенчатых характеристик
смежных линий (б).
защиты 3 и 4 с минимальной выдержкой времени t\. Если же
эти защиты почему-либо не сработают, то отключатся выклю-,
чатели 1 и 6 предыдущих по ходу питания элементов с вы-
держкой времени U и h (подробнее вопрос выбора характе-
ристик рассмотрен в § 6-11). Таким образом, осуществляется
резервирование защит смежных участков.
6-3. Типы дистанционных реле и их характеристики
срабатывания
Различают дистанционные реле максимального и мини-
мального типов*. Омметр максимального типа сра-
батывает в том случае, когда фиктивное сопротивление на
его зажимах превысит сопротивление уставки. Омметр
минимального типа срабатывает тогда, когда фиктив-
ное сопротивление на зажимах реле станет ниже сопротивле-
ния уставки.
* Ради краткости дистанционные реле зачастую будем называть ом-
метрами.
181

Как было отмечено в § 6-1, дистанционные реле реагируют
на отношение напряжения к току, т. е. на некоторое фикти^
ное сопротивление на его зажимах. Это сопротивление может
быть полным (Z), реактивным (X) или активным (/?). Соот-
ветственно различают три типа дистанционных реле.
1. Дистанционное реле полного сопротивления
(импедансный омметр), реагирующее на фиктивное сопро-
тивление.
Рис. 6-4. Характеристики срабатывания дистанционных реле:
а — импедансного, б — реактансного, в — резистансного.
Характеристики срабатывания дистанционных реле при-
нято изображать на комплексной плоскости сопротивлений,
где по оси действительных величин откладывается активное
сопротивление /?, а по оси мнимых величин — индуктивное
сопротивление X. Характеристика срабатывания импедансно-
го омметра на комплексной плоскости изображается в виде
окружности с центром в начале координат и радиусом Zp —
=Zcp (рис. 6-4, а). Как видно, в этом случае фиктивное со-
противление срабатывания реле Zcp не зависит от угла <?р-
Для импедансного омметра минимального типа зона ра-
боты реле будет внутри окружности, для омметра макси-
мального типа — снаружи.
2. Дистанционные реле реактивного сопротив-
ления (реактансный омметр), реагирующее на реактивную
составляющую фиктивного сопротивления,
Xp = ^Sinb. (6-4)
Характеристика срабатывания реактансного омметра на ком
плексной плоскости представляется в виде прямой, паралле-
льной оси R и отстоящей от нее на расстояние Хр =Zp sin?/?
(рис. 6-4,6). На рисунке заштрихована зона действия реак-
182

раненого омметра минимального типа. Как видно, реактан-
сиый омметр реагирует на Хр вне зависимости от значения
угла <?р-
3. Дистанционное реле активного сопротивле-
ния (резистансный омметр), реагирующее на активную со-
ставляющую фиктивного сопротивления,
Ярусов?,. (би-
характеристика срабатывания резистансного реле Rp~
zzZpcosyp показана в комплексной плоскости на рис. 6-4, е.
резистансные омметры распространения не получили, так
как они конструктивно наиболее сложны и могут быть с успе-
хом заменены более простыми импедансными омметрами.
Кроме этих ненаправленных омметров, существуют также
более сложные направленные омметры (см. § 6-8).
S-4. Конструкции дистанционных реле полного сопротивления
Дистанционные реле выполняются на различных прин-
ципах: электромагнитном, индукционном, электродинамиче-
ском и др.
Простейшими конструкциями реле полного сопротивления,
которые хорошо поясняют принцип действия дистанционных
реле, являются приведенные на рис. 6-5 конструкции электро-
магнитного и индукционного реле, в которых происходит ме-
ханическое сравнение двух моментов, создаваемых соответ-
ственно системами тока и напряжения.
Как видно из рис. 6-5, а, электромагнитный омметр кон-
структивно выглядит аналогично дифференциальному реле
с тормозной обмоткой (см. § 5-3 и рис. 5-7,6). Удерживаю-
щий (тормозной) момент Мн создается электромагнитом с об-
моткой wH, подключенной к ТН шин. Механический момент
Мм , создаваемый пружиной и трением, совпадает по направ-
лению с моментом Мн. Момент токовой обмотки wm подклю-
ченной к ТТ защищаемой линии, является рабочим.
Реле срабатывает при выполнении условия
МЯ>МН+МЯ. (6-6)
При нормальной работе, когда к обмотке напряжения под-
водится полное напряжение, а по токовой обмотке протекает
ток, пропорциональный току в линии, реле не срабатывает,
так как условие (6-6) не выполняется.
При коротком замыкании на линии в пределах рабочей
зоны защиты ток 1Р возрастает, а напряжение Up понижа-
ется, что и приводит к срабатыванию реле.
18?

Как известно,
k,JlP'
MK = kHU*p.
где к„. и k„ — коэффициенты пропорциональности.
(6-7).
Рис. 6-5. Принципиальная схема устройства и подключения электромагнит-
ного омметра (а), схема устройства индукционного омметра с к. &.
витками (б).
С учетом (6-7) условие срабатывания реле (6-6) примет
вид
kmI%^kHU/ \-ММ9
откуда
Если не учитывать механического момента {Мм~0), то ус-
ловие срабатывания реле будет выглядеть так:
(6-9)
Регулирование Zcp осуществляют изменением числа вит-
ков wm (коэффициент km зависит от квадрата числа вит-
ков) или регулировкой напряжения Upf подводимого к реле
(последнее изменяет величину Мн).
На рис. 6-5, б приведена схема устройства индукционного
омметра полного сопротивления с короткозамкнутыми вит-
ками, в котором также производится сравнение двух момен
тов механическим путем.
184

Конструкции таких омметров, несмотря на их простоту к
высокую чувствительность, в СССР не применяются. При-
чиной является то, что они не обеспечивают необходимого бы-
стродействия, высокого коэффициента возврата, четкости ре-
гулировки и настройки уставок сопротивления срабатывания.
Рис. 6-6. Принципиальная схема устройства и подключения индук-
ционного реле полного сопротивления типа КРС-112.
/ и 2 — обмотки реле, 3 — магнитопровод, 4 — вспомогательные трансфор-
маторы (трансформаторные реакторы), 5 — цилиндрический ротор (барабанчик)
реле, 6 — вспомогательный автотрансформатор в цепи напряжения.
Широкое распространение в качестве дистанционных реле'
получили индукционные реле, в которых сравнение двух элек-
трических величин производится не механическим, а электри-
ческим или магнитным путем.
На рис. 6-6 приведена схема устройства индукционного
Реле полного сопротивления типа КРС-112, в котором произ-
водится электрическое сравнение двух моментов.
Магнитопровод 3 реле и размещение обмоток 1 и 2 ана-
логичны реле направления мощности типа ИМБ (см. рис.
4~4,а). Через полюсные наконечники /-/ проходит магнитный
поток Фу, созданный обмоткой /, которая включена на на-
пряжение
СГ1 = Ор + Ёр, (6-10)
!35

где Up — напряжение, подведенное через вспомогательный
автотрансформатор 6 от ТН шин;
£ — э.д.с, пропорциональная току в защищаемой линий
Р (£, = *•/,).
Через полюсные наконечники //-// проходит магнитный
поток Фя, созданный обмоткой 2, которая включена на напря
жение
U^Up-Eb. (6-11)
й*90ш при Up»£p d<90*при Up>Ep д>90°7)ри Up*£p
Рис. 6-7. Векторные диаграммы напряжений реле типа КРС-112
Последовательно в цепи обмотки 2 включены емкость С и
активное сопротивление /?.
Э.д.с. Ер, вводимая в цепь обмоток 1 и 2 реле, прямо
пропорциональна току 1р благодаря наличию воздушных за
зоров у вспомогательных трансформаторных реакторов 4.
Под действием напряжений U\ и U* по обмоткам 1 и 2 про
текают токи:
(6-12)
i -1
Z2
где Z\ и Z2—полные сопротивления обмоток 1 и 2 соотвеа
ственно.
Потоки Ф/ и Ф/л обусловленныетоками 1\ и h, сдвинуты
в пространстве на 90° и по фазе на некоторый угол. Этот
угол между потоками Ф/ и Фи, а следовательно, и знак
вращающего момента реле зависит от угла между
напряжениями Ux и U2. Величина же угла между Uxw ^зави-
сит от первоначального подбора параметров реле (например,
за

параметров обмоток / и 2, емкости С), а также от соотношения
величин С/ри Ep=z klp. Последнее наглядно показано на вех-
торных диаграммах рис. 6-7, построенных на основании
(6-Ю) и (6-11).
Более подробно работа реле типа КРС рассмотрена в ра-
боте [34].
6-5- Основные параметры дистанционных реле
Омметры должны иметь возможно меньший разброс в со-
противлении срабатывания. Отклонение Zcp от обуслов-
ливает изменение протяженности зон работы дистанционной
зашиты, понижает надежность ее действия и затрудняет со-
гласование защит смежных участков. Погрешность в величи-
не фиктивного сопро-
тивления срабатыва- гг
ния реле допускается
не выше 10% от Zycm-
Желательно так-
же, чтобы омметры
были быстродействую-
щими, имели высокий
коэффициент возврата
ze
\Ь*~2Г/'были просты-
k
Рис. 6-8. Зависимость фиктивного сопро.
тивления срабатывания реле от тока /р.
характеризуются следующими основ-
*ср}
ми по конструкции и
надежными в эксплуа-
тации. Кроме этого, не-
направленные омметры
полного сопротивления
ными параметрами.
1. Минимальный ток срабатывания реле 1ср.т\ъ
—ток срабатывания реле при6^=0. Согласно (6-6), при
создается минимально необходимый вращающий момент Мт
для преодоления механического момента сопротивления Мм
(при М„=0). На рис. 6-8, построенном на основании соотно-
шения (6-8), показан ток \ср. min.
2. Ток точной работы 1ср.точсоответствует минималь-
ному току срабатывания при Zp>09 ZyCm (рис. 6-8), т. е. в
пределах допустимых 10% погрешности работы реле.
3. Напряжение точной работы Ucp. точ соответ-
ствует напряжению, при котором также обеспечивается сра-
батывание омметра в пределах 10% погрешности:
Ut
ср-
он — 't
ср-
'уст-
Чувствительность омметра оценивается по напряжению
точной работы реле. Чем меньше иср,точ,тем выше чувстви-
187

тельиость омметра. Например, реле типа КРС-112 .имее!
иСр.точ ^^ 2,6,
Регулирование сопротивления срабатывания омметров
осуществляется путем изменения числа витков токовой обмоь
ки wm и обмотки напряжения wH (промежуточные выводы
у обмоток), либо регулировкой с помощью автотрансформа-
тора, подводимого к реле напряжения Ор.
При изменении числа витков токовой обмотки wm с це-
лью регулирования сопротивления срабатывания изменяется
ток точной работы реле таким образом, что ампервитки точ-
ной работы остаются постоянными. При регулировании на-
пряжения автотрансформатором пропорционально изменению
Zycm изменяется Иср.точ. Эти изменения тока и напряжения
точной работы необходимо учитывать при переключениях для
оценки правильной работы омметров в зоне действия дистан-
ционной защиты.
6-6. Примеры получения ступенчатой характеристики
выдержки времени
Как было отмечено выше, наибольшее распространение
получили ступенчатые характеристики выдержки вре-
мени. Для получения ступенчатых характеристик (обычно со-
стоящих из трех ступеней) желательны простейшие схемы,
и в первую очередь схема должна содержать минимальное
число омметров, как наиболее сложных реле.
Ниже рассматриваются две такие схемы (схемы получи-
ли название одно- или двухсистемных в зависимости от чис-
ла омметров в фазе).
Двухсистемная схема (рис. 6-9,а) содержит четы-
ре основных реле (вспомогательные на рисунке не показаны):
токовое реле 1 (пусковой орган), два омметра минимально-
го типа мгновенного действия 2 и 3, реле времени 4, с про-
скальзывающим верхним и упорным нижним контактами.
Уставки на реле выбираются так, что токовое реле сраба-
тывает при коротких замыканиях во всех трех зонах, омметр
С\ — при замыкании в зоне /, омметр Сг — при замыкании
в зоне //.
Защита работает следующим образом. При коротком за-
мыкании в пределах зоны /, например в точке К-1 (рис.
6-9,6), срабатывают реле / и 2, и оперативный ток ( + 1) с
минимальной выдержкой времени t\ подается на отключение
выключателя.
При коротком замыкании в зоне // (точка К-2) омметр
С\ не срабатывает, так как сопротивление на зажимах превы-
шает его уставку, но срабатывает омметр С2. Одновремен-
но при срабатывании пускового органа оперативный ток
(+2) подается на катушку реле времени В. Реле времени
188

работает и через свой верхний контакт с выдержкой време-
ни /г подает оперативный ток (+<?) на отключение выключа-
теля (контакты С2 в это время замкнуты, так как омметр
сработал).
При коротком замыкании в зоне /// (точка К-3) ни один
из омметров не срабатывает. Срабатывают пусковой орган
«-3 1,км
Ш -^
шзоиа
Рис. 6-9. Упрощенная принципиальная схема двухсистемной дистанцион-
ной защиты (а) с трехступенчатой характеристикой выдержки времени (б).
и реле времени. Через нижний контакт реле времени с вы-
держкой /з подается оперативный ток (+3) на отключение
выключателя.
Односистемная схема (рис. 6-10) состоит из пус-
кового органа 1, одного мгновенного омметра минимального
типа 3, реле времени 4У промежуточного реле 2 и автотранс-
форматора в цепи напряжения (АТН). В этой схеме приме-
нено переключение цепи напряжения с помощью реле 2: к
омметру подводится от АТН полное напряжение Up либо
его часть.
Уставки на реле выбраны так, что обеспечивается работа
схемы следующим образом. При коротком замыкании в зоне
/ срабатывают пусковое реле 1 и омметр 3. Промежуточное
реле 2 не успевает сработать и разомкнуть свои верхние нор-
мально закрытые контакты. Оперативный ток (+J) с мини-
мальной выдержкой времени t\ подается на отключение вы-
ключателя.
При более удаленных коротких замыканиях (в зоне 77)
ток короткого замыкания имеет меньшую величину, а оста-
точное напряжение на шинах будет больше, чем при замыка-
нии в зоне /. При этих условиях омметр 3 не сработает, так
№

как его Мт оказывается недостаточным для преодоления
Мн и Мм (см. форм. (6-6). Поэтому при коротком замыка-
нии в зоне И после срабатывания пускового реле замыкаются
с некоторой выдержкой времени верхние контакты реле вре-
мени, и оперативный ток (+3) подается на катушку пром^
жуточного реле. Промежуточное реле срабатывает и пере-
ключает свои кон-
такты. При этом к
обмотке напряже-
ния омметра подво-
дится не полное, а
часть напряжения,
что уменьшает Мсопр
и создает достаточ-
ные условия для
срабатывания оммет-
ра. Омметр сраба-
тывает, и когда зам-
кнется средний про-
скальзывающий кон-
такт реле времени,
оперативный ток
{ + 2) с выдержкой
h будет подан через
контакты омметра
на отключение вы-
ключателя.
При коротком за-
мыкании в зоне ///»
несмотря на пере-
ключения в цепи напряжения омметра, последний не сраба-
тывает, и оперативный ток (+2) подается на отключение вы-
ключателя с выдержкой времени /3 после замыкания нижних
контактов реле времени.
Таким образом, в последней схеме благодаря переключе-
ниям в цепи напряжения удается получить трехступенчатую
характеристику выдержки времени, используя всего один
омметр.
Рассмотренные выше схемы получили распространение
на практике. Существует много других схем дистанционной
защиты, в том числе схемы с переключениями в цепях тока
или с переключениями в цепях тока и напряжения и др.
Рис. 6-10. Упрощенная принципиальная схема
односистемной дистанционной защиты с трех-
ступенчатой характеристикой выдержки
времени.
6-7. Схемы включения омметров
К обмоткам омметра, основного органа дистаниионной
защиты, необходимо подводить токи и напряжения, отобра-
жающие тот вид короткого замыкания, при котором защита
190

должна срабатывать. Иными словами, фиктивное сопротив-
ление на зажимах омметра должно быть пропорциональным
расстоянию от места установки защиты до точки короткого
замыкания и, по возможности, не зависеть от вида короткого
замыкания. В таком случае будет обеспечена стабильность
зон дистанционной защиты и одинаковая чувствительность к
междуфазным и однофазным замыканиям.
в с
На от ключ
Цту1уггу
Sffir1
от ТН
Рис 6-11. Схема включения трех омметров
на фазные токи и линейные напряжения.
Так, например, для правильного действия дистанционной
защиты от междуфазных замыканий необходимо к обмотке
напряжения омметра подводить междуфазные напряжения
замкнувшихся фаз. Для правильной работы защиты от одно-
фазных замыканий необходимо подводить к обмоткам напря-
жения соответствующие фазные напряжения.
Ниже рассматриваются некоторые схемы включения ом-
метров.
Включение трех омметров на фазные токи
и линейные напряжения (рис. 6-11). Подводимые к
омметрам токи и напряжения приведены в таблице 6-1.
Омметр
Подведенные
токи и напряжения
с,
с
Таблица 6-1
С,
и„
'а
Uae
Ue,
Ua
191

При трехфазном коротком замыкании в точке К-1 на ра^
стоянии / от места установки ТТ токи в фазах одинаковы и
равны /g> = 1р- В точке К-1 напряжение равно нулю. В мес^
те установки защиты фазные напряжения определяются сле-
дующим образом (см. § 2-2):
ф кз * '
где Z\ — сопротивление 1 км линии.
К омметру подведено междуфазное напряжение
Фиктивное сопротивление на зажимах омметра при трех-
фазном коротком замыкании
Zf=^ = VbZxL (6-13)
При двухфазном коротком замыкании фаз В-С в точке
К-2, также на расстоянии I от ТТ, омметр Сх не будет рабо-
тать, так как /а = 0. Омметр С2 фазы В сработает, так как по
его токовой обмотке будет протекать ток повреждения, а на-
пряжение Uее будет иметь значение, резко заниженное по
сравнению с номинальным (см. § 2-3 и векторные диаграммы
на рис. 2-4, в и 2-5):
ЛР л кз-1
(6-14)
Таким образом,
7<2>=^=-2Z1Z. (6-15)
^р 1Р
Как видно из (6-13) и (6-15), чувствительность защиты
к трехфазным и двухфазным коротким замыканиям несколь-
ко неодинакова, так как неодинаковы фиктивные сопротив-
ления на зажимах омметров при этих видах короткого за
мыкания:
у(-) 97 / 9
£/>_ _ jzi* _._± ^ j 15 (6-16)
Неодинаковая чувствительность к трехфазным и двухфаз-
ным коротким замыканиям является недостатком рассматри-
ваемой схемы.
При замыкании в точке К-2 у омметра С3 условия для
срабатывания более тяжелые, чем у омметра Сг, так как их
токи одинаковы по величине, a Uca > UQC.
192

Включение трех омметров на разность то-
ков двух фаз и линейные напряжения (рис. 6-12).
При трехфазном коротком замыкании (точка К-1 на расстоя-
нии / от ТТ)
/р = У'г/Ф.
ир = Уз1Фгг1,
так как к омметру подводится междуфазное напряжение.
Рис. 6-12. Схема включения трех омметров нэ
разность токов двух фаз и линейные напряжения.
Фиктивное сопротивление на зажимах омметра
тчз)—Цр 7 /
'(6-17)
При двухфазном коротком замыкании фаз В-С (точка
К-2) на зажимах омметра С2 будем иметь соответственно:
= /* zr2/,
(6-18)
Zf-T-^1
При двухфазных коротких замыканиях фаз А-В или 5-С
аналогично сработает один из омметров (соответственно С{
или Сз), к которому подведено напряжение замкнувшихся фаз.
Преимуществом включения токовых обмоток омметров на
разность токов двух фаз является одинаковая чувствитель-
ность к трехфазным и двухфазным коротким замыканиям.
13 М. В Тнтаренко п И. А. Носков-Дукельський 193

Поэтому такая схема получила более широкое распростране
ние по сравнению с предыдущей схемой.
Для включения токовых обмоток омметров на разностт
токов двух фаз применяются следующие способы:
1)соединение обмоток ТТ в треугольник (рис. 6-12).
2) подача фазных токов от ТТ линии к дополнительным
ТТ, соединенным в треугольник;
3) использование вспомогательных трансформаторов с
двумя первичными обмотками, к которым подведены токи
двух фаз и одной вторичной обмоткой, к которой подключе-
на токовая обмотка омметра и в которой протекает ток, про-
порциональный разности токов двух фаз;
4) у некоторых типов омметров к токовым обмоткам
подводится ток двух фаз таким образом, чтобы создаваемый
магнитный поток Фт был пропорционален разности токов
двух фаз.
Рассмотренные схемы на однофазные короткие замыкания
не реагируют, что является их недостатком. Как было отме-
чено выше, дистанционная защита реагирует на однофазные
замыкания при подведении к омметрам одноименных фазных
токов или напряжений. Однако установка шести омметров
(три от междуфазных и три от однофазных замыканий) не
применяется ввиду сложности схемы. Поэтому находит рас-
пространение приведенная ниже схема, содержащая три ом-
метра и обеспечивающая срабатывание как при междуфаз-
ных, так и при однофазных коротких замыканиях.
Схема с переключением в цепях напряжения
омметров (рис. 6-13). При нормальной работе и между-
фазных коротких замыканиях ток по обмотке реле Т0, вклю-
ченного в нулевом проводе, не протекает, промежуточное ре-
ле не%срабатывает и к обмоткам напряжения омметров через
нормально закрытые контакты промежуточного реле подво-
дятся соответствующие междуфазные напряжения. Следова-
тельно, при междуфазных коротких замыканиях схема рабо-
тает аналогично рассмотренной выше (см. рис. 6-11).
При однофазных коротких замыканиях срабатывает реле
Т0, которое вызывает срабатывание промежуточного реле, пе-
реключающего свои контакты. При этом к обмоткам напряже-
ния омметров подводятся соответствующие фазные напряже-
ния, что обеспечивает срабатывание омметра поврежденной
фазы.
Схема проста, однако ей присущи некоторые недостатки
при защите от однофазных коротких замыканий, которых не
имеет рассматриваемая ниже схема с токовой компенсацией.
Схема с токовой компенсацией. Как показывает
анализ [34], при подведении к омметрам фазных токов и на-
пряжений реле реагирует на фиктивные сопротивления, опре-
деляемые из выражения
J94

ZP^Z,l -t-jUZo + Z,/)
/*'
(6-19)
Получается, что работа омметра определяется не только
сопротивлением Zxl, пропорциональным расстоянию до точки
короткого замыкания, но зависит также от отношения тока
нулевой последовательности /о к полному току однофазного
0777 ТН
Рис. 6-13. Схема включения трех омметров на фазные токи
и междуфазные напряжения с переключением при одно-
фазных к. з. на фазные напряжения.
замыкания 1<р и величин сопротивлений прямой и нулевой
последовательностей (Z\ и Z0). Такая зависимость вызывает
Увеличение фиктивного сопротивления на зажимах омметра,
Чтх> равноценно удалению точки короткого замыкания и
во многих случаях снижает надежность работы дистанцион-
н°й защиты.
Для устранения указанной выше зависимости применяет-
ся искусственное увеличение момента токовой системы путем
введения компенсации от токов нулевой последовательности
(Рис. 6-14).
Каждый омметр имеет две токовых обмотки: основную О,
по которой протекает фазный ток, и дополнительную компен-
13*
195

сационную обмотку Л\ по которой протекает ток /к;=£3/
(ток нулевой последовательности получается от автотранс*
форматора АТ0, включенного в нулевой провод). Таким обра
зом, токовая система омметров создает Мвр, пропорциональ
ный
1р = 1ф + кЪ10. (6-20)
К обмоткам напряжения омметров подводятся одноимен-
ные фазные напряже
ния (на рис. 6-14 об-
мотки напряжения не
показаны). Соответ-
ствующим подбором
коэффициента транс-
формации автотранс-
форматора ЛТ0
добиваются устране-
ния зависимости Zp от
токов нулевой последо-
вательности и получе-
ния зависимости толь-
ко от расстояния до
точки короткого замы-
кания, т. е- Zp —Z\l.
Кроме этой схемы
с компенсацией тока-
ми нулевой последовательности, применяется также схема
с компенсацией падения напряжения от всех последователь-
ностей [34]; последняя схема в данном курсе не рассматри-
вается.
Таблица 6-2
Рис. 6-14. Схема включения омметров
с токовой компенсацией (цепи напряже-
ния не показаны).
Точка к. з.
К-1
(А-В)
К-2
М-С)
К-3
(В-С)
Омметр
с,
с,
с,
с
с,
с.
Подводимые к омметру
ток
la
0
la
/с
0
/г
напряжение
UaexO
0
Uae —1,5 l/ф
0
Uec-0 .
Срабатыва-
ние омметра
(+>
_i_
4-
-f
m

Схема включения двух омметров на фазные
гоки и линейные напряжения. С целью уменьшения
ццсла омметров в схемах дистанционной защиты от между-
фазных замыканий применяется приведенная на рис. 6-15, а
схема с двумя омметрами и с переключением цепей напря-
жения омметров контактами токовых пусковых органов.
При трехфазных коротких замыканиях срабатывают оба
токовых реле и оба омметра: к омметру С\ подводится ток
я в с
Рис. 6-15. Схема включения двух омметров на фазные токи илинейные на-
пряжения с переключением в цепях напряжения (а) и векторная диаграмма
при двухфазных к. з. (б).
1а и напряжение С/ва, к омметру С2 — ток 1С и напряже-
ние иса.
При любых двухфазных коротких замыканиях к оммет-
рам подводятся соответствующие междуфазные напряжения,
что легко проследить по схеме (рис. 6-15, а) и векторной диа-
грамме (рис. 6-15,6). Подводимые к омметрам токи и напря-
жения при различных видах двухфазных коротких замыка-
ний приведены в таблице 6-2.
Таким образом, при любых двухфазных коротких замыка-
ниях срабатывает один из омметров.
Схема включения одного омметра на раз-
ность токов двух фаз и линейные напряжения
(рис. 6-16). При трехфазном коротком замыкании (точка К-\)
сРабатывают оба пусковых органа Тг и Т2. При этом к обмотке
напряжения омметра подводится полное междуфазное напря»
^ение Up = (Jac. К токовой обмотке омметра подводится ток
Lp^ /а — /с = УЗ/ф. Следовательно, на зажимах омметра
°Удет фиктивное сопротивление
197

Г(3) — ^ас V 3 1ф Zx I y .
Уъ1Ф
У?>1ф
(6-21)
Напряжение Up= U^ = I0zx2l (см. форм. 6-14). Сопро-
тивление на зажимах омметра:
При коротком замыкании между фазами А и С в точк^
К—2 /„ = 21ф .
ас = 1ф Z\2l (
м метр а:
ZP. ac^ZJ. (6-22)
i
I Г"т'Т > Гт I f t > fir "HHLLj—
Рис. 6-16. Схема включения одного омметра на
разность фазных токов и линейные напряжения.
При коротком замыкании фаз А и В (точка К-3) срабаты-
вает только первое пусковое реле Г! и к токовой обмотке ом-
метра подводится ток 1р = 1а=1ф, к обмотке напряжения
омметра, благодаря включению добавочного сопротивления
Zdoo., будет подводиться напряжение
гг/ Uae 1ф Zt 2/
U аа — ~тг~ "^^ ?г—
(6-23)
Таким образом, в этом случае
ZP.AB = Z^l. (6-24)
Сопротивление Zdoe из условия (6-23) должно быть разно
сопротивлению обмотки напряжения омметра.
При коротком замыкании фаз В и С (точка К-4) анало-
гично: '
198

Up=U'tf = *£, (6-25)
Zp.bc=Z1 I.
Таким образом, дистанционная защита по схеме рис. 6-16
лмеет одинаковую чувствительность ко всем междуфазным
замыканиям. Благодаря простоте (два ТТ и один омметр)
схема получила распространение для защиты линий в сетях
с малыми токами замыкания на землю.
6-8. Направленное реле сопротивления
Кроме рассмотренных выше ненаправленных омметров
(см. § 6-4), широкое применение в схемах дистанционной за-
щиты получили омметры, обладающие направленностью
действия. В СССР направленные омметры выпускают на базе
четырехполюсного индукционного реле с электрическим сум-
мированием э. д. с, пропорциональных току и напряжению.
На рис. 6-17, а приведена принципиальная схема устрой-
ства индукционного направленного омметра типа КРС-131.
Это реле устроено аналогично ненаправленному омметру
(см. рис. 6-6).
Обмотка wu называемая поляризующей, включена на на-
пряжение Up. Протекающий по ней ток Л создает поток Фь
который по величине пропорционален напряжению Up.
Обмотка wo называется рабочей. Она включена на напря-
жение
Ог = кфр-Ёр), (6-26)
где к — коэффициент пропорциональности;
Ер—э.д.с, пропорциональная току в защищаемой линии.
По обмотке ы>2 под действием напряжения U> протекает
ток h, который создает поток 02. Потоки Ф\ и Фг сдвинуты
в пространстве на угол 90° и по фазе на некоторый угол.
В результате на цилиндрический ротор реле действует элек-
тромагнитный момент, который в условиях срабатывания ре-
ле (при Мм =0) выражается следующим образом [34]:
М9 = К U\p + k2 Ucp Icp cos (у, + а) , (6-27)
где k\, кч— коэффициенты пропорциональности;
?/?— Угол между ир и 1р\
а — внутренний угол реле.
Реле реагирует на фиктивное сопротивление, в условиях
срабатывания определяемое формулой
Z,=j^cos(<pp + a). (6-28)
199

Таким образом, сопротивление на зажимах реле зависит
от угла срр, т. е. омметр обладает направленностью действия
Характеристика направленного омметра имеет вид окруж-
ности, проходящей через начало координат; диаметр окруж-
ности d = j* = Zcp. max (рис. 6-17,6). Чувствительность будет
максимальной при внутреннем угле cl=~- yp.
5"
ЖЗ
А.
а
<*
1 "' I I "' f
A*W—i—\*W
V'
Y**A—■—Л*Ч
J wt I I wt L
TH
ЙТИ
x:
5
Рис. 6-17. a — принципиальная схема устройства и подключения
индукционного направленного омметра
w — поляризующая обмотка, w9— рабочая обмотка, / — магнитопровод
2 — трансформаторный реактор, 3 — цилиндрический ротор, 4 — автотпанс-
форматор в цепи напряжения, С — конденсатор «памяти», С^— конденсатор
для регулирования угла максимальной чувствительности реле <р/>. м, ч.
б — характеристика срабатывания направленного омметра.
Включенный последовательно с со1э конденсатор С\ слу-
жит в качестве устройства «памяти»: при близрасположенны*
коротких замыканиях, когда напряжение Up резко снижает-
ся и реле в результате этого может отказать в действии
(мертвая зона по напряжению), конденсатор Сь будучи до
этого заряженным полностью, начнет разряжаться на обмот-
ку о), и в течение 2—3 периодов будет поддерживать необхо-
димую для срабатывания реле величину тока Л.
200

Конденсатор С2 в цепи обмотки w2 служит для регулиро
ания угла максимальной чувствительности Чр.м.ч* так как
3 помошью этого конденсатора можно изменять (подрегули-
ровать) фазу тока и напряжения в реле.
^ Применение направленных омметров позволяет в схемах
дистанционной защиты не устанавливать специальных реле
направления мощности.
6-9. Пусковые органы дистанционных защит
На пусковые органы дистанционной защиты, кроме обыч-
ной функции запуска защиты в случаях возникновения пов-
реждения, возлагаются некоторые дополнительные функции:
а) запуск реле времени, создающих необходимую выдер-
жку времени второй и последующих ступеней (см. рис. 6-9);
б) переключение цепей напряжения омметров на различ-
ные по величине напряжения с целью получения многосту-
пенчатых выдержек времени при помощи одного омметра
(см. рис. 6-10);
в) подведение к омметрам токов и напряжений замкнув-
шихся фаз (см. рис. 6-15, 6-16);
г) установление направления мощности короткого замы-
кания с целью отказа от специальных органов направления
мощности и упрощения схем дистанционной защиты;
д) повышение чувствительности пускового органа путем
применения рассмотренных ниже специальных мер.
В качестве пусковых органов дистанционной защиты при-
меняются: токовые реле типа ЭТ-520, ненаправленные и на-
правленные омметры полного сопротивления, блокирующие
реле со специальной характеристикой, омметры с овальной
и эллиптической характеристиками, реле направления мощ-
ности обратной последовательности.
Чувствительность пускового органа оценивается по зна-
чению коэффициента чувствительности при коротком замы-
кании в конце защищаемой линии (зоны):
у 1кз. min
Кц f .
мсз
Согласно требованию «Правил устройства электроуста-
новок», должно быть k4>\,5.
Наиболее простым пусковым органом дистанционной за-
щиты является токовое реле типа ЭТ-520. Ток срабатывания
токового пускового органа отстраивается от максимального
Рабочего тока линии и рассчитывается по формуле (3-11).
^о всех случаях, когда при выбранном таким образом токе
срабатывания получается" достаточная чувствительность, ре-
комендуется применять токовые пусковые органы. Практиче-
201

ски такая возможность обычно имеется при защите линий не.
редач напряжением 35 кв и ниже.
Для длинных и сильно нагруженных в нормальном режи^
ме линий, как известно, токи коротких замыканий соизмерь
мы с токами нагрузки и потому получить &«<>1,5 посредство^
токовых пусковых органов становится невозможным. В таких
случаях применяют более сложные пусковые органы — ом-
метры полного сопротивления (ненаправленные или направ-
ленные) либо другие специальные реле.
Схемы включения омметров, выполняющих функции пус-
ковых органов, должны быть такими, чтобы обеспечивалась
необходимая чувствительность к коротким замыканиям в зо-
не защиты (см. § 6-7). Сопротивления срабатывания и возвра-
та омметров выбираются из следующих соображений.
1. Пусковой омметр не должен срабатывать в нормальном
режиме работы линии. Для этого должно выполняться усло-
вие
7' ^7 г —Upa6-min ffi-9Qi
Аср-*> *-раб. ram - w< ^ , \р Я)
де ZPa6.m\n~ минимальное фиктивное сопротивление на зажи-
мах омметра в рабочем режиме;,
иРаб.т\х\—возможное в эксплуатации снижение напряже-
ния на шинах (обычно принимается равным
0,9UHOM);
1раб.тм — максимальный рабочий ток линии.
2. После отключения внешних коротких замыканий пус-
ковой омметр должен возвращаться в исходное положение,
для чего требуется выполнение условия
гвм<^, (б-зо)
где kH—коэффициент надежности (обычно равен 1,15—1,2).
Учитывая то, что для омметров минимального действия
коэффициент возврата
1 ZeO'J ^ -,
кв = т— > 1,
£*ср
сопротивление срабатывания омметра по условию возврата
реле должно быть
ср Rh • Re
Выбор Zcp обычно производится по условию (6-31), так
как при этом обеспечивается также надежная отстройка пус-
кового омметра от рабочего режима линии, т. е. выполнение
условия (6-29).
202

В тех случаях, когда ненаправленные омметры в качестве
пусковых органов не обеспечивают требуемой чувствитель-
ности, применяются направленные омметры. На рис. 6-18 при-
ведены характеристики пусковых омметров: 1 — ненаправ-
ленного, 2 — направленного. Из этих характеристик видно,
что в случае использования направленного омметра имеется
значительно большая возможность отстройки от нормаль-
Рис. 6-18. Характеристики
пусковых омметров:
/ — ненаправленного, 2 — на-
правленного.
Рис. 6-19. Характеристики пускового органа.
а — сочетание направленного омметра (/) н бло-
кирующего пеле с прямолинейной характеристи-
кой (2); б — эллиптическая характеристика.
ного режима работы линии и качаний путем соответствующе-
го выбора расположения характеристики 2 (изменением 9Р)-
Ненаправленный омметр таким свойством не обладает.
Сопротивление срабатывания направленного омметра рас-
считывается по условию (6-31), с дополнительным учетом
(6-28),
Z.
Zpa6.1
ср. max -
kH • ke COS (yp -f a)
(6-32)
В тех случаях, когда применение направленных оммет-
ров не обеспечивает требуемой чувствительности пускового
органа и надежной отстройки от нормального режима и ка-
чаний, применяются пусковые органы, состоящие из двух ом-
метров разных типов.
Примером такого органа может быть сочетание направ-
ленного омметра с круговой характеристикой 1 и реле сопро-
тивления с характеристикой в виде прямой 2 (рис. 6-19, а).
Контакты этих реле включаются последовательно, что обес-
печивает работу органа направления по заштрихованной час-
ти характеристики. Такая зона срабатывания пускового ор-
гана в ряде случаев позволяет получить требуемую чувстви-
203

тельность к коротким замыканиям и отстройку от нормаль-
ного режима и качаний.
На рис. 6-19, б приведена эллиптическая характеристика
специального омметра, разработанного в качестве пускового
органа. Назначение такой характеристики ясно из предыду-
щего [4].
Кроме отмеченных выше типов пусковых органов, с целью
повышения чувствительности и уменьшения числа пусковых
реле в схемах дистанционной защиты применяются пусковые
органы, реагирующие на появление, при несимметричных ко-
ротких замыканиях, составляющих обратной или нулевой по-
следовательностей тока и напряжения (см. § 6-12). Приме-
ром такого органа может служить реле направления мощно-
сти обратной последовательности, принципиальная схема ко-
торого приведена на рис. 4—14. Пусковые органы в виде ре-
ле направления мощности обратной последовательности на-
ходят применение в схемах дистанционной защиты напряже-
нием 35 кв и выше.
6-10. Факторы, искажающие работу омметров
При рассмотрении схем включения омметров (§ 6-7) от-
мечалось, что фиктивное сопротивление на зажимах оммет-
ров должно быть одинаковым при различных видах коротких
замыканий, на которые рассчитана защита. Сопротивление
Z0 должно соответствовать действительному расстоянию от
места установки защиты до точки короткого замыкания.
Искажение в определении величины 1ф по тем или другим
причинам, очевидно, будет обусловливать изменение длины
зон защиты, нарушать селективность действия защит на
смежных участках сети, увеличивать выдержки времени от-
ключения поврежденных участков против расчетных выдер-
жек и т. д.
Для омметров минимального типа всякое увеличение 1ф
на зажимах против ZyCm (или Zcp) равноценно удалению
действительной точки короткого замыкания и, следовательно,
сокращению расчетных зон дистанционной защиты. Из фор-
мулы (6-3) следует, что Zф > Zcp может быть в случаях,
когда напряжение на зажимах омметра будет больше рас-
четного Up, либо когда ток в токовой цепи омметра будет
меньше расчетного тока /р.
Всякое уменьшение 1ф против ZyCm приводит к увеличе-
нию расчетных зон и может вызвать неселективное действие
защиты.
Рассмотрим влияние некоторых факторов, искажающих
правильную работу омметров полного сопротивления и пути
устранения или уменьшения этого влияния.
204

Переходное сопротивление Rn в месте корот-
кого замыкания обусловлено активным сопротивлением элек-
трической дуги. Так как расчет токов короткого замыкания
обычно производится для металлического короткого замы-
кания (/?„= О, см. § 2-1), то сопротивление дуги приводит
к некоторому уменьшению величины тока и увеличению
остаточного напряжения на шинах. Таким образом, при
коротком замыкании через переходное сопротивление Ъф на
р
!
к
I
Рис. 6-20. Схема сети с подпиткой точки к. з., обусловли-
вающей увеличение Zcp на зажимах омметра линии АБ.
зажимах омметра будет большим расчетного, а омметр на
такие короткие замыкания реагирует как на более удаленные.
В таком случае, например при замыкании в зоне /, когда
.дистанционная защита должна действовать с выдержкой
времени U (см. рис. 6-2, б), вследствие влияния сопротив-
ления дуги омметр и защита в целом работают как при за-
мыкании в зоне //, т. е. отключают место повреждения с боль-
шей выдержкой времени
*8 = *j + А/.
Кроме увеличения выдержки времени, в зависимости от
схемы сети могут произойти также неселективные отключе-
ния смежных участков линии.
Влияние токов подпитки. Допустим, что на
линии АБ (рис. 6-20) установлена дистанционная защита
и точка короткого замыкания на смежной линии БВ входит
в зону // этой защиты. Выдержка времени дистанционной
защиты должна зависеть от расстояния до точки /С, или, что
то же самое, от сопротивления соответствующих участков
линии:
U = /(2аб + Zek)-
Однако при коротком замыкании в точке К для защиты
линии АБ у подстанции А
205

(6-33)
UpHh + t*)ZBK + txZAB.
Из (6-33) видно, что остаточное напряжение на шинах
подстанции А при подпитке точки короткого замыкания
током h по другой линии будет более высоким, чем при отсут-
ствии такой подпитки.
На основании (6-3) и (6-33) сопротивление на зажимах
омметра
Zp - ZA + jj ZEK=Z.t + kn Zbk , (6-34)
где 2л—сопротивление линии, пропорциональное расстоянию
от места установки защиты до точки короткого за-
мыкания (ZA = Zae + Zbk) ;
/2 — ток подпитки;
/i—ток, протекающий по защищаемой линии;
кп = -г — коэффициент подпитки;
Zbk— сопротивление участка линии, по которому проте-
кает ток I\ + h.
Из (6-34) видно, что Zp> ZA на величину kn-ZsK (ибо
kn > 0). Таким образом, сопротивление на зажимах омметра
будет превышать сопротивление, соответствующее расстоя-
нию до точки короткого замыкания. Защита линии АБ будет
реагировать на такие короткие замыкания как на более уда-
ленные, например, действовать с выдержкой времени следую-
щей ступени.
Погрешность ТТ в коэффициенте трансформации
отрицательная. Следовательно, через омметр протекают токи
меньше действительных, что, согласно (6-3), обусловливает
увеличение фиктивного сопротивления на зажимах омметра.
Влияние токов разветвления. Примером того
случая, когда Z<p <'ZyCm, может быть случай с разветвлением
линии и коротким замыканием на одной из параллельных
линий (рис. 6-21).
По защищаемой линии АБ протекает ток /p=/i. Дистан-
ционная защита линии АБ должна действовать с выдержкой
времени
Ia = /(Zab-{-Zbk) .
Однако включение параллельно сопротивлению участка 1вк
сопротивления участка 1вв+вк приводит к уменьшению сопро-
тивления участка 1вк* а следовательно, и к уменьшению
полного фиктивного сопротивления на зажимах омметра
линии АБ.
206

Действительно, в этом случае
Zp = Z,4/; -j- ^ Z/;a- = Z.\k '- йр Z/ja- ,
(6-35)
(6-36)
a
Рис. 6-21. Схема сети с разветвлением тока к. з., приводящим
к уменьшению 1ф на зажимах омметра линии АБ.
где kp—f — так называемый коэффициент разветвления.
Так как kp<l, то, следовательно, дистанционная защита*
будет реагировать на
короткие замыкания в
точке /С, как на более
близкие. В результате
этого возможно несе-
лективное действие ди-
станционной защиты,
например отключение
к. з. в точке К защитой
линии АБ не с выдер-
жкой времени U зоны
//, а с выдержкой вре-
мени U зоны /, т. е-
опережение защитой
линии АБ поврежден-
ной линии БВ.
Для уменьшения
влияния рассмотрен-
ных выше факторов па
точность работы ди-
станционной защиты
применяются следую-
щие меры.
Влияние активно-
го сопротивления дуги может быть исключено, если схема
Дистанционной защиты содержит реактансные омметры, реа-
Рис. .6-22. Схема фиксации сопротивления
на зажимах омметра в первый момент
возникновения к. з.
207'

лирующие на Хр (см. ,§ 6-3). Другим средством является вы.
полнение таких схем дистанционной защиты с быстродейству
ющими омметрами, в которых производится фиксация сопр0*
тивлений на зажимах омметра в первый момент возникнове,
ния повреждения (рис. 6-22). Известно, что сопротивление
ду~и Rn в первый момент короткого замыкания является
очень малым, а затем значительно возрастает. Омметр С сра-
батывает сразу после возникновения короткого замыканич.
При этом срабатывает промежуточное реле, которое самопод*
питывается через свой нижний контакт и обеспечивает отклю-
чение выключателя (после замыкания контактов реле време-
ни), несмотря на возврат омметра и размыкание его контак-
тов после того, как 7ф возрастает вследствие увеличения Rfv
Влияние токов подпитки (см. рис. 6-20), также как и
токов разветвления (см. рис. 6-21), должно учитываться при
расчете зон и выдержек времени дистанционной защиты
в зависимости от параметров сети, значений коэффициентов
kn и kp и т. д.
Погрешность в коэффициенте трансформации трансфор-
маторов тока не должна превышать 10% (выбор ТТ по кри-
вым 10-процентной погрешности).
Возможные отклонения 2,<р от Zycm должны учитываться
при выборе ZycmU зон дистанционной защиты введением
соответствующих коэффициентов надежности (см. § 6-11).
€-11. Расчет зон и выдержек времени дистанционной защиты
Рассмотрим расчет зон и выдержек времени дистанцион-
ной зашиты линии АБ, на которой установлены омметры пол-
ного сопротивления (рис. 6-23).
Зона / охватывает почти всю длину защищаемой линии.
Для надежной отстройки от коротких замыканий в начале
смежной линии БВ длина зоны / защиты А рассчитывается
по формуле
llA^kH.lAB, (6-37)
где /с« — коэффициент надежности (обычно 0,7—0,85).
Если длины участков заменить соответствующими сопро-
тивлениями, то
ZIA=kH-ZAB. (6-37а)
Время действия защиты t\ при коротком замыкании в зо-
не / является минимально возможным. Оно обусловлено соб-
ственным временем срабатывания реле (пускового, омметра,
промежуточного) и обычно составляет 0,1—0,2 сек.
Зона // охватывает конец линии АБ и часть следующее
линии БВ. Длина зоны //, в пределах смежной линии БВ,
208

должна оканчиваться ближе конца зоны / защиты линии БВ.
Последнее требование необходимо выполнять потому, что при
возможных ошибках в работе омметра (см. § 6-10) на не-
котором участке 1Х может иметь место наложение вторых зон
зашит линий АБ и БВ и неселективная работа дистанцион-
ных защит при коротком замыкании на этом участке (см. рис.
£.23). В некоторых случаях при наличии участка 1Х с наложе-
<~Но
Ю-
<■
to
■Lf-
-4 U
характеристика защиты щ _ _ I
1 Характеристика защ итибВ \
-Г
о° ; Г
Рис. 6-23. Зоны защиты и выдержки времени дистанционной защиты.
нием вторых зон из соображений селективности производят
отстройку защит путем выбора разных выдержек времени
вторых зон, а именно tll > Щ. Тогда при коротком замыка-
нии на участке 1Х раньше сработает защита линии БВ.
Таким образом, если длина зоны / защиты линии БВ
то длина
образом:
зоны //
1в = Ьн-1бву
защиты А
определяется следующим
(6-38)
где k3an—коэффициент запаса, равный 0,5—0,6.
Или в сопротивлениях зона //
Z[{ = (Zab - Z'A) -j- kian • Zln, (6-38a)
Время действия защиты при замыкании в зоне //
Для надежного обеспечения селективного действия защит
смежных участков ступень А' должна включать в себя соб-
ственное время отключения последующей линии (БВ) и
ошибки времени действия защит смежных участков. Эта сту-
пень должна также обеспечивать надежную отстройку от
Н М. В. Титаренко и И. А. Носков-Дукельський 209

быстродействующих защит трансформаторов, получающц^
питание от шин подстанции Б. Ступень А/ выбирается мини,
мально возможной. Обычно А^ составляет 0,4—0,6 сек.
Зон а /// в схемах с трехступенчатой характеристикой не
имеет омметра. Выдержка времени защиты при коротком за.
мыкании в зоне /// определяется надежной отстройкой отсту.
пени // защиты последующей линии БВ. Ступень выдержки
времени А^ для разных зон может быть разной. Протяжен-
ность зоны /// определяется чувствительностью пускового
органа дистанционной защиты.
При расчетах зон и выдержек времени дистанционной за-
щиты необходимо также учитывать следующее.
Все реле в схеме защиты, и в особенности омметры и реле
времени, должны иметь стабильные уставки, что позволяет
получить стабильные зоны и увеличить / зону защиты. Так,
в современной дистанционной защите типа ПЗ-157 зона /
охватывает до 85—90% линии [35].
При регулировании сопротивления срабатывания омметра
путем изменения чисел витков трансформаторных реакторов
и автотрансформаторов (см. § 6-5) следует учитывать изме-
няющуюся при этом величину тока точной работы и в первую
очередь проверять, не будет ли ток точной работы омметра
меньше тока короткого замыкания в минимальном режиме.
Последнее недопустимо вследствие возможности отказа ди-
станционной защиты либо значительного сокращения зон защи-
ты. Регулирование 2Р является общим для всех зон, что в
ряде случаев приводит к усложнению согласования защит
смежных участков и должно быть предусмотрено при рас-
чете уставок.
До сих пор при определении параметров срабатывания
омметров имелись в виду первичные напряжения и токи,
т. е. сопротивления определялись по первичной стороне (Zp.i).
Для пересчета сопротивлений на вторичную сторону, должны
быть учтены соответствующие коэффициенты трансформа-
ции трансформаторов напряжения и тока (птн и птт):
Zp.2 = ^=ZpAmr*. (6-39)
6-12. Фильтры напряжений обратной последовательности
В § 6-9 было отмечено, что применение односистемных
пусковых органов в виде реле направления мощности обрат-
ной последовательности позволяет повысить чувствитель-
ность и упростить пусковые органы дистанционных зашит.
Обмотки реле направления мощности в этом случае подклю-
чаются к фильтрам тока и напряжения обратной последова-
тельности (ФТОП и ФНОП). Использование этих фильтров
во многих случаях позволяет существенно улучшить пара-
210

метры релейных устройств. Основой для применения фильт-
ров является то, что при нормальном режиме работы токи
л напряжения обратной последовательности отсутствуют, а
при несимметричных коротких замыканиях они появляются
(см. приложение 1).
Существует большое количество типов фильтров тока и
напряжения обратной последовательности. Теория и методи-
тт\
£
ФТОП
-в
•а
-с
ФНОП
иг
ьп
р
LAVJ
a
Рис. 6-24. Принципиальная схема включения ФТОП (а)
и ФНОП (б) с однофазным выходом.
ка практических расчетов фильтров детально разработаны
и освещены в литературе [5, 6, 36].
На рис. 6-24 приведены принципиальные схемы включе-
ния фильтров тока и напряжения обратной последователь-
ности. На вход фильтра подаются три фазы тока или напря-
жения.
Если в подведенных токах или напряжениях будут со-
ставляющие обратной последовательности/ то на выходных
зажимах фильтра тп будет соответственно напряжение
обратной последовательности U2 либо ток обратной после-
довательности /г.
Ниже в качестве примера рассматривается ФНОП, полу-
чивший за последние годы широкое распространение в ре-
лейной защите и автоматике (рис. 6-25, а).
Фильтр состоит из двух плеч: Л и С. Через плечо А, обра-
зованное емкостью Ха и активным сопротивлением Ra , под
Действием напряжения Uab протекает ток
, Uab
причем
~У*л+*л'
(6-40)
. Ха
Ъвагс*вЛ1
30°.
и*
211

Через плечо С, состоящее из емкости Хс и активного со-
противления Re под действием напряжения Ubc протекает ток
Ubc
причем
ПлечдЯХ
Ха Ra
ПлтС
1с
Хс Rc
HkCfHMZH
Р
-Чг-
-Я
-0
'С
/с-
VR2 г + ^с
Хс
?c-=arctg^ = -60
(6-41)
>в в
\!"
\т
К
н
h'Xa
Ubc
Я
\
\
\
\
Ртпл \
\ \
\ \
\ \№/
Рис. 6-25. Схема фильтра напряжения обратной последовательности (а),
потенциальные диаграммы при подведении V\ (б) и U2 (в).
Параметры (R и С) плеч фильтра подбираются таким
образом, чтобы вектор тока /л опережал напряжение Uab
на 30° (?д=—30°), а вектор тока /с опережал напряжение
f/всна 60° (?с = — 60°).
На рис. 6-25, б приведена потенциальная диаграмма для
случая подачи на входные зажимы фильтра трехфазной систе-
мы линейных напряжений прямой последовательности Ux,
Исходными при построении потенциальных диаграмм следует прини-
мать напряжения Uab и Ubc- Векторы токов /л с опережением Uab на
30°, /с с опережением Ubc на 60° определяются на основании (6-40)
и (6-41). Падение напряжения /л -Ra совпадает по фазе с током /л;
Ja -Xa отстает на 90° /лит. д.
Из диаграммы, представленной на рис. 6-25, б вытекает,
что для данного случая напряжение на выходе фильтра Umn-=^0-
Из этой же диаграммы определяются соотношения между со-
противлениями плеч фильтра.
212

XA^RC- Х*=Щ< Ra = Xc. (6-42)
На рис. 6-25, в приведена потенциальная диаграмма для
случая подачи на входные зажимы фильтра напряжения
обратной последовательности U2. В этом случае векторы на-
пряжений Uab и Uвс будут располагаться иначе, т. е. в со-
ответствии с изменившимся порядком чередования фаз
для системы векторов обратной последовательности (А—С—
В для обратной и А—В—С для прямой последовательностей).
Далее построение потенциальной диаграммы производится
аналогично предыдущему. Из последней диаграммы следует,
что на выходе фильтра появляется напряжение обратной по-
следовательности, величина которого определяется выра-
жением
Umn.m*x = V2 Uab • е>*. (6-43)
Таким образом, включенное на выходные зажимы тп ре-
ле будет реагировать на появление составляющих обратной
последовательности в системе линейных напряжений на
входе фильтра, т. е. реагировать на нарушения нормального
режима. Бцлее детальное изучение фильтров обратной по-
следовательности является предметом специальных курсов [4]
и здесь не рассматривается.
6-13. Поведение дистанционной защиты при качаниях
В § 2-8 рассмотрены основные положения по электриче-
ским качаниям генераторов, в частности, приведены кривые
изменения тока и напряжения при качаниях в зависимости
от 8 — угла расхождения векторов э. д. с. параллельно ра-
ботающих генераторов.
На рис. 6-26 показаны аналогичные кривые изменения
тока, напряжения и фиктивного сопротивления в функции
времени /(/=__ ] для какой-то точки электрической
системы, не совпадающей с электрическим центром качаний*
Если в этой точке установлена дистанционная защита, то на
зажимах омметра полного сопротивления фиктивное сопро-
тивление ZHaH = т— будет изменяться так, как показано
1кач
на рис. 6-26, е.
Очевидно, если при качаниях Z^4.min <ZCp и t3am<ta6,
то омметр минимального типа и в целом дистанционная за-
щита линии могут ложно сработать и отключить линию.
Это, как правило, недопустимо, ибо приводит к тяжелой
аварии.
В некоторых случаях представляется возможным избе-
жать ложных отключений дистанционной защиты путем вы-
бора такого Zcp, чтобы при качаниях Zkuh. min было выше
213

Zcp или путем отстройки защиты по времени, т. е. выборе^
tcp. защ J> ta6»
Однако в ряде случаев такими простейшими средствам!
не удается отстроиться от качаний, так как Zcp и Ьср.3ащ вы
бираются в первую очередь из соображений чувствительно
сти, быстродействия и селективности защиты (см. § 6-11)
V— ta5-\ Г
Рис. 6-26. Характер изменения электрических величин при качаниях:
а — тока, б — напряжения, в — сопротивления.
Оператибний ток на дист.защиту
Рис. 6-27. Кривые изменения тока при к. з. и качаниях (а),
схема блокировки, выводящая дистанционную защиту из
действия при качаниях (б).
Поэтому для предотвращения срабатывания дистанцион-
ной защиты при качаниях широкое применение находят схе-
мы блокировки, при возникновении качаний выводящие ее
из действия.
Ниже рассматриваются две блокировки такого рода.
Первая блокировка построена на использовании
разности скоростей изменения электрических величин (/,
£Л ?>ф) при качаниях и при коротких замыканиях. На рис
6-27, а приведены кривые изменения токов короткого за-
мыкания и качаний. Ток короткого замыкания в момент воз-
214

кНовения повреждения почти мгновенно достигает своего
"%ксимального значения. При появлении качаний нараста-
ние тока пР0ИСХ°Дит более плавно. Токи срабатывания реле
5г и Т2 выбираются неодинаковыми (см. рис. 6-27);
При коротком замыкании оба токовых реле срабатывают
практически одновременно, промежуточное реле не сраба-
тывает, и на защиту оперативный ток подается (рис. 6-27,6).
При качаниях срабатывает реле Т{ в момент t\ и через
нормально закрытый контакт реле Т2 приводит в действие
промежуточное реле. Когда в момент t2 ток достигнет вели-
чины тока срабатывания реле Т2 и оно сработает, оператив-
ный ток на защиту не будет подан, так как промежуточное
ЙВС
р1 На дистпанц. защиту
Рис. 6-28. Упрощенная схема измерительного органа устройства блоки-
ровки при качаниях типа КРБ-121.
реле уже будет иметь самоподпитку через свой верхний кон-
такт. Таким образом, при качаниях оперативный ток с дис-
танционной защиты снимается.
Вторая блокировка реагирует на напряжение
обратной последовательности U2, появляющееся при любых
несимметричных повреждениях. Напряжение U2 появляется
также в первый момент возникновения трехфазных симме-
тричных коротких замыканий.
При качаниях в линейных напряжениях отсутствуют со-
ставляющие обратной последовательности U2. Поэтому если
пуск зашиты будет осуществляться от напряжения обратной
последовательности, то при качаниях защита автоматически
будет выводиться из действия.
На рис. 6-28 приведена упрощенная принципиальная схе-
ма измерительного органа устройства блокировки при кача-
ниях типа КРБ-121. На выходе схемы измерительного органа
включено поляризованное реле Р, реагирующее на напряже-
ние Up = U2 + kI0. Введение составляющей, пропорциональной
току нулевой последовательности, повышает чувствительность
Устройства блокировки при однофазных замыканиях. Чув-
ствительность пускового органа по U2 к« 310 регулируется с
215

помощью переключения числа витков промежуточных транс
форматоров напряжения ПТН и тока ПТТ.
Отечественные заводы выпускают устройства, блокирую-
щие при качаниях, типа КРБ-121, в основе которых лежит
схема, приведенная на рис. 6-28 [3,20].
В некоторых случаях при возникновении качаний приме-
няются специальные делительные защиты, которые разделя-
ют систему на отдельные части и таким образом устраняют
асинхронную работу генераторов системы. Однако делитель-
ные защиты не получили широкого распространения из-за их
сложности и малой эффективности, а также вследствие того,
что большинство систем в таких защитах вообще не нужда*
ются, так как благодаря применению быстродействующих
регуляторов частоты и напряжения, автоматической разгруз-
ки по частоте и быстрому отключению коротких замыканий
обеспечивается высокая надежность связи между частями
электрической системы. Поэтому в настоящем курсе дели-
тельные защиты не рассматриваются.
На защиту
6-14. Предотвращение неселективного действия защиты
при нарушениях в цепях напряжения
В § 4-8 рассматривались схемы сигнализирующих и бло-
кирующих устройств, применяемых для предотвращения не-
правильного действия ре-
лейных защит в случае
неисправности цепей на-
пряжения.
Дистанционная защи-
та по принципу своегс
действия может ложна
сработать при обрыве це
пей напряжения, напри-
мер при перегорании пре-
дохранителей в цепях TR
Поэтому дистанционная
защита обычно снабжа-
ется блокирующим уст-
ройством, которое обеспе-
р^ тн чивает вывод защиты из
з„. а оо хт *> действия в таких случаях*
jhc. 6-29. Устройство, предотвращаю для 9ТПГП ПпимрняютсЯ
Щее неселективное действие защиты ДЛЯ этого применяются
при нарушениях в цепях напряжения, некоторые ИЗ блокирую-
щих устройств, приведен*
ных на рис. 4-20, а также устройство типа КРБ-12 (рис. 6-29).
В блокирующем устройстве типа КРБ-12 [201 имеется про-
межуточный трансформатор напряжения ПТН, три обмотки
которого (wlf w2, Wq) включены на фазные напряжения, чет^
216

вертая (w4) — на напряжение 3UQ, а пятая w5 через выпря-
митель питает блокирующее реле Р.
При симметричном режиме и междуфазных коротких за-
мыканиях потоки в магнитопроводе ПТН уничтожаются и
реле не работает. При замыканиях на землю потока также
нет, так как в этом случае поток, обусловленный обмоткой
поврежденной фазы, компенсируется потоком обмотки w^
включенной на напряжение 3U0. Суммарный поток становит-
ся неравным нулю только в случаях перегорания одного или
двух предохранителей, что приводит к срабатыванию блоки-
рующего реле Р и снятию оперативного тока с дистанцион-
ной защиты.
При перегорании трех предохранителей блокировка не
действует. Однако одновременное перегорание трех предо-
хранителей маловероятно, и поэтому этот недостаток схемы
блокировки является несущественным.

Глава седьмая
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА
7-1 Назначение и способы выполнения
высокочастотных защит
Для современных мощных энергетических систем необхо-
димы быстродействующие защиты линий большой протяжен-
ности. Условиям, предъявляемым к таким защитам, наиболее
полно удовлетворяет продольная дифференциальная защита с
ее высокой чувствительностью, быстродействием и независи-
мостью от уставок защит смежных элементов (см. § 5-5).
Однако, как было отмечено в пятой главе, вследствие необ-
ходимости прокладки соединительных проводов (кабелей)
продольная дифференциальная защита применяется для за-
щиты линий длиной до 8-10 км,
В качестве соединительных проводов дифференциальной
защиты можно использовать основные провода защищаемой
линии. Тогда надобность в прокладке специальных соедини-
тельных проводов (кабелей) отпадет, и можно будет осу-
ществить продольную дифференциальную защиту линий лю-
бой протяженности. На основе этого построены так называе-
мые высокочастотные защиты.
Чтобы сделать возможной передачу рабочего тока про-
мышленной частоты с одновременным использованием основ-
ных проводов линии в качестве соединительных проводов
дифференциальной защиты, необходимо для передачи им-
пульсов с одного конца линии на другой применить ток более
высокой частоты. Обычно для этой цели используется вспо-
могательный ток, имеющий частоту 50—150 кгц, генерируе-
мый специальным высокочастотным передатчиком и прини-
маемый на другом конце линии высокочастотным приемни-
ком. Защищаемая линия должна иметь высокочастотную об-
работку, которая заключается в установке заградительных
фильтров (ЗФ), включаемых в рассечку проводов на обоих
218

HIIax защищаемой линии и конденсаторов связи (КС), ко-
торые включены по схеме, изображенной на рис. 7-1.
Заградительный фильтр представляет собой контур LC,
настроенный в резонанс на высокую частоту. Поэтому для
токов высокой частоты заградительный фильтр оказывает
очень большое сопротивление, а для токов промышленной
частоты относительно малое.
Конденсатор связи соединяет высокочастотный приемо-
передатчик с одним из проводов линии и одновременно слу-
ввс
ЛВС
ЗФ
ЗФ
=J=AT
кс==.
Приемопе
реда тчик
Т
Прирмопе-\
\редатчик \
т
в-г
Рис 7-1. Принципиальная схема высокочастотной обработки линий
(провод — земля).
жит для изоляции приемопередатчика от высокого напряже-
ния линии передачи. Конденсатор связи оказывает относитель-
но малое сопротивление токам высокой частоты и большое
сопротивление токам промышленной частоты.
Таким образом, ток промышленной частоты может про-
текать только по проводам линии, а ток высокой частоты
Циркулирует, в случае работы приемопередатчиков, по прово-
ду линии с высокочастотной обработкой, конденсаторам связи
и земле (обратный провод). На рис. 7-1 приведена схема вы-
сокочастотной обработки линии по схеме «провод—земля».
Она проще и экономичнее схемы обработки двух фаз линия
и потому получила преимущественное распространение.
Ниже рассматриваются две принципиальных схемы защи-
ты линий с использованием в качестве высокочастотного ка-
нала одного провода и земли: направленная защита с высоко-
частотной блокировкой и дифференциальная фазная защита.
7-2. Направленная защита с высокочастотной блокировкой
На обоих концах защищаемой линии устанавливаются
°Динаковые полукомплекты защиты, состоящие из релей-
ной части, изображенной на рис. 7-2 и высокочастотной
219

части (приемника и передатчика, показанных на схеме
условно).
Схема защиты одного полукомплекта содержит следую-
щие элементы: два пусковых органа / и 2, реле направления
мощности 3, промежуточное реле 4, блокирующее реле 5 с
двумя обмотками (рабочей Р и тормозной Г), высокочастот-
ных ламповых передатчика и приемника.
Работа защиты основана на сравнении направления мощ.
ности короткого замыкания в начале и конце защищаемой
линии: защита срабатывает только в том случае, если с обе-
их сторон линии мощность направлена от шин в линию, что,
очевидно, будет иметь место только при коротком замыка-
нии на защищаемой линии.
При внешнем коротком замыкании защита работает
следующим образом. Ток короткого замыкания через полу-
комплект А будет протекать в направлении от шин в линию,
а через полукомплект Б — из линии к шинам. При этом реле
направления мощности полукомплекта А сработает, а полу-
комплекта Б не сработает. Ток срабатывания реле Т\ выби-
рается меньше тока срабатывания реле Т2. Поэтому при воз-
никновении короткого замыкания сначала сработает более
чувствительное реле Т\ и через нормально закрытые кон-
такты промежуточного реле 4 подаст оперативный ток (+1)
на запуск высокочастотного генератора полукомплекта защи-
ты А Высокочастотный генератор начнет генерировать то-
ки высокой частоты, которые через конденсатор связи КС и ли-
нию передачи передадутся на противоположный конец линии,
где будут приняты высокочастотным приемником. Следова-
тельно, при срабатывании реле Т{ по линии будут посылаться
высокочастотные импульсы.
При срабатывании реле Т2 запускается релейная часть
полукомплекта защиты. К обмотке напряжения реле направ-
ления мощности подводится напряжение, реле направления
срабатывает, и оперативный ток (+2) подается на катушку
промежуточного реле 4 и рабочую обмотку Р блокирующего
реле 5. При срабатывании промежуточного реле оператив-
ный ток ( + 1) снимается с высокочастотного передатчика и
останавливает его.
Как видно из схемы, отключение выключателя произойдет
в том случае, если сработает блокирующее реле 5. Оно дей-
ствует лишь тогда, когда ток протекает только по его рабочей
обмотке.
Протекание тока одновременно по рабочей и тормозной
обмоткам или по одной тормозной обмотке не вызывает
срабатывания реле 5. В тормозной обмотке ток появляется,
если приемник данного полукомплекта принимает ток высо-
кой частоты с противоположного конца линии и преобразует
его в ток lm .
220

,ЗФ
■о
в
таг-
ЯП
1_П
Гн
Ь-00:
Ш
/W
*4*
^
Ь*
WW
-Up
КС
W
КС
Ы
J L.
ЗФ
л*
J>
QJ3
Полу комплект й По луком ппект б
■он
-2
7н
хзон
Рис, 7-2. Принципиальная схема направленной защиты с высокочастотной блокировкой

При внешнем коротком замыкании на другом конце линии
в полукомплекте защиты Б сработают пусковые органы i j!
2, но реле направления мощности не сработает, так как мот.
ность короткого замыкания в этом полукомплекте направле!
на из линии к шинам. Поэтому высокочастотный передатчик
полукомплекта Б будет все время работать и посылать ток
высокой частоты в линию. Следовательно, в полукомплекте А
непрерывно будет действовать приемник и в тормозной обмот-
ке блокирующего реле 5 полукомплекта А будет протекать
ток, что предотвратит отключение выключателя В-1. Выклю-
чатель В-2 также не отключится, так как в полукомплекте Б
не сработает реле 3, а следовательно, не сработают реле 4 и J.
Таким образом, при внешних коротких замыканиях линия
отключаться не будет.
При коротком замыкании на защищаемой линии
АБ и двухстороннем питании оба полукомплекта защиты бу-
дут находиться в одинаковых условиях. Срабатывание реле
19 2, 3 вызовет остановку высокочастотных передатчиков
обоих полукомплектов, и по рабочим обмоткам реле 5 поте-
кут токи 1р. Так как не будут работать передатчики, то не
будут работать и приемники, и тормозные обмотки реле 5
останутся обесточенными. Блокирующие реле 5 с обеих сто-
рон сработают и отключат свои выключатели.
Таким образом, с противоположного конца линии переда-
ются .токи* высокой частоты, запрещающие отключение
выключателя данного конца линии. Запрещение поступает
только в том случае, если мощность короткого замыкания на-
правлена от линии к шинам, т. е. при внешних повреждениях.
Если произойдет обрыв провода той фазы, которая имеет
высокочастотную обработку, то высокочастотный запрещаю-
щий импульс с противоположного конца линии не пройдет,
и срабатывание реле /, 2, 3 обоих полукомплектов вызо-
вет отключение выключателей с обеих сторон поврежден-
ной линии.
При коротком замыкании на защищаемой линии и одно-
стороннем питании сработает полукомплект зашиты со сторо-
ны питания и отключит свой выключатель; полукомплект за-
щиты другого конца не сработает, не отключит выключа-
тель, и запрещающие высокочастотные импульсы не будут
посланы.
При качаниях направленная зашита с высокочастот-
ной блокировкой может ложно сработать, что является ее
существенным недостатком. Действительно, если электриче-
ский центр качаний окажется на защищаемой линии, то при
8 =180° у реле направления мощности обоих полукомплектов
напряжения будут находиться в противофазе, и оба реле на-
правления могут сработать. Если электрический центр кача-
ний будет расположен вне защищаемой линии, то рассматри-
222

ваемая защита не сработает. Для предотвращения срабаты-
вания направленной защиты с высокочастотной блокировкой
при качаниях применяются специальные блокировки, выво-
дящие защиту из действия. Описанная ниже диффазная за-
шита свободна от этого недостатка (см. § 7-4).
Рассмотрение полной схемы высокочастотных передатчи-
ков и приемников является предметом специального курса.
Отметим, что запуск высокочастотного передатчика может
осуществляться подачей плюса в анодную цепь лампового ге-
нератора, а его остановка — снятием плюса с анода. Управ-
ление работой высокочастотного генератора может также осу-
ществляться посредством управляющей сетки лампового ге-
нератора и другими способами.
Схемы включения реле направления мощности аналогичны
рассмотренным в § 4-7.
В качестве пусковых органов в зависимости от требуемой
чувствительности могут быть использованы токовые реле,
токовые реле в сочетании с реле минимального напряжения,
омметры. Применяются также пусковые органы нулевой и об-
ратной последовательности.
Достоинством рассматриваемой схемы защиты является ее
быстродействие и селективность для сетей любой конфигура-
ции и защиты линий любой протяженности. Поэтому направ-
ленная защита с высокочастотной блокировкой находит ши-
рокое применение в качестве основной для защит линий пе-
редач напряжением 110 кв и выше. Однако схема защиты
сложна как в релейной части, так и в части высокочастотных
передатчиков и приемников. Защита чувствительна к качани-
ям и требует специальной блокировки от качаний. Исходя из
этого, направленную защиту с высокочастотной блокировкой
применяют для защиты ответственных линий, если примене-
ние более простых защит, например, отсечек по току и на-
пряжению или максимальных токовых защит, не обеспечивает
требований высокой чувствительности и быстродействия [1].
7-3. Направленные защиты обратной последовательности
с высокочастотной блокировкой
За последние годы широкое распространение получили вы-
сокочастотные направленные защиты отрицательной последо-
вательности. Упрощенная схема одной из таких защит при-
ведена на рис. 7-3. Работа схемы ао многом аналогична защи-
те, рассмотренной в предыдущем параграфе.
-В схеме рис. 7-3 реле направления мощности, подключен-
ное к фильтрам тока и напряжения обратной последователь-
ности, выполняет функции двух органов — пускового и на-
правления мощности. Это реле срабатывает в случае возник-
новения на защищаемой линии несимметричных коротких за-
222,

Й
тт
8-1
W2f—
го
ФТОП
+2
1-Ь
Й&
н
тн
I—ОСИ
ж
м
РТ\
L1
л
К-1
\КС КС
4S&
3 \тй\
~^ пп—
А/
Q$f'
о-
<ZW/7
П_51
Полу комплект Я
Полукомплект Б
ТН
L
К-2
Рис. 7-3. Упрощенная принципиальная схема направленной защиты отрицательной последовательности
с высокочастотной блокировкой.

рыканий и появлении тока /2 и напряжения U2 на выходе
фильтров обратной последовательности.
Как известно, симметричные трехфазные короткие замы-
кания на воздушных линиях напряжением ПО кв и выше, где
применяются преимущественно высокочастотные защиты,
практически маловероятны. Однако защиты обратной после-
довательности могут работать и при симметричных трехфаз-
ных коротких замыканиях. Это обеспечивается одним из сле-
дующих способов.
1. Защита обратной последовательности благодаря свое-
му быстродействию успевает сработать от кратковременного
появления составляющих обратной последовательности, воз-
никающих в первый момент короткого замыкания за счет не-
одновременного замыкания фаз.
2. Переключение цепей тока и напряжения реле направле-
ния мощности на линейные напряжения и фазные токи (или
на разность токов двух фаз) обеспечивает работу защиты при
симметричных трехфазных коротких замыканиях.
Схема защиты, изображенная на рис. 7-3, работает следу-
ющим образом. Отключение выключателя происходит в ре-
зультате срабатывания блокирующего реле 5, что возможно
при протекании тока только по рабочей обмотке Р.
Работа высокочастотного передатчика осуществляется в
том случае, если сработает включенное на напряжение U2 ре-
ле напряжения / и не сработает реле направления мощности 2.
При коротком замыкании на защищаемой линии
(точка К-1) оба полукомплекта защиты находятся в одина-
ковых условиях. Срабатывают реле 1 и 2. Через верхний кон-
такт реле направления мощности оперативный ток ( + 1) по-
дается на рабочую обмотку Р блокирующего реле. Высоко-
частотный передатчик работать не будет, следовательно, бу-
дут отсутствовать токи в тормозных обмотках Т блокирую-
щих реле. Блокирующие реле сработают и отключат свои
выключатели.
При внешнем коротком замыкании (точка К-2) в по-
лукомплекте Л, аналогично предыдущему, срабатываю! реле
^ и 2, так как мощность короткого замыкания направлена
от шин в линию. Высокочастотный передатчик полукомплек-
та А не запускается, ибо разомкнуты нижние контакты реле
направления мощности. В полукомплекте Б сработает только
Реле напряжения /; реле направления мощности 2 не срабо-
тает, так как мощность короткого замыкания через этот полу-
комплект будет направлена от линии к шинам. При таких
Условиях запускается высокочастотный передатчик полукомп-
лекта Б, Ток высокой частоты будет приниматься приемни-
ком полукомплекта Л, что обусловит протекание тока Im по
тормозной обмотке блокирующего реле 3 и предотвратит от-
ключение выключателя В-1. На стороне Б защита также не
5 М. В Тнтаренко и И Л Носков-Дукельский
225

сработает, так как не сработает реле направления мощности
этого полукомплекта.
Таким образом, обеспечивается селективное действие
защиты при коротких замыканиях только на защищаемой
линии.
На рис. 7-4 приведена принципиальная схема направлен-
ной высокочастотной защиты, в которой на фильтры тока
и напряжения обратной последовательности включена фазо-
чувствительная схема (ФЧС). Фазочувствительная схема
(см- »§ 4-9) выполняет функции бесконтактного реле направ-
ления мощности обратной последовательности.
На выходное напряжение фазочувствительной схемы, знай
которого определяется направлением мощности обратной по-
следовательности, включена рабочая обмотка Р блокирующе-
го реле. От этих же зажимов подается напряжение на запуск-
высокочастотного передатчика. Тормозная обмотка Т блоки-
рующего реле включена аналогично предыдущим схемам в
выходные цепи высокочастотного приемника.
При коротком замыкании на защищаемой линии (точка
К-1) полярность напряжения на выходе фазочувствительной
схемы такова, что передатчик не запускается, а блокирующее
реле срабатывает. Линия отключается с обеих сторон.
При внешнем коротком замыкании (точка К-2) напряже-
ние на выходе фазочувствительной схемы полукомплекта Б
имеет обратную полярность по сравнению с предыдущим слу-
чаем. Поэтому происходит запуск высокочастотного передат-
чика полукомплекта Б и отказ в работе блокирующего реле
этого полукомплекта. Последнее обусловливает неотключение
выключателя В-2. Выключатель В-1 также не отключится,
ибо в полукомплекте А будет работать приемник, по тормоз-
ной обмотке блокирующего реле будет протекать ток, что
предотвратит срабатывание этого реле и отключение выклю-
чателя В-1.
Рассмотренные в настоящем параграфе схемы защиты не
чувствительны к качаниям, ибо при качаниях составляющие
обратной последовательности отсутствуют, а на прямую по-
следовательность защита не реагирует. Достоинством рассмат-
риваемых схем по сравнению со схемой, приведенной на рис.
7-2, является также упрощение релейной части защиты
(меньшее количество реле в схеме). Отмеченные качества
определили широкое применение направленных высокочастот-
ных защит обратной последовательности для защиты линии
передач напряжением 110 кв и выше. Выпускаемая отече-
ственными заводами защита типа ПЗ-164 в упрощенном виде
показана на рис. 7-3. Для защиты первых в СССР линий пе-
редач напряжением 400 кв применяется высокочастотная за-
щита типа НФЗ-400 [37], принцип действия которой поясня-
ется схемой рис. 7-4.
226

-о-
в-1
Т1
фтоп
о-
\РТ\
К-1
кс\
\кс\
\ТР\
ш4
77
W
ФТОП
-О-
5-2
1
0W
П№ I
г-4Дк0*Ь
нтщ
щ-
ФЧС
ТН
\-<Щ
Q
ш_
Полу комплект Q
i
ТН
ИОН
Полукомъяехт Б
Рис. 7-4. Упрощенная принципиальная схема няпоавленной высокочастотной защиты с фазочувствительной
схемой в качестве органа направления мощности.

7-4. Принцип действия дифференциально-фазной
высокочастотной защиты
Дифференциальная фазная (диффазная) защита основа-
на на сравнении фаз токов на концах защищаемой ли-
нии, осуществляемой косвенным путем посредством высоко-
частотных импульсов.
Примем за положительное направление токов направле-
ние от шин в линию (рис. 7-5). Тогда при коротком замыка-
а
-Q-
J^t &
}ы
5 а
&
?=о
(Г
Рис. 7-5. Диаграммы токов к. з., поясняющие принцип действия
диффазной защиты.
к-1
нии на защищаемой линии АБ (точка К-1) токи IKA 1 и ГБ
будут положительные, и на диаграмме их можно изобразить
совпадающими по фазе (рис. 7-5,6).
При внешнем коротком замыкании (точка К-2) один из
токов (1КА~2) будет положительным, а другой (/£"*) — от-
рицательным (рис. 7-5, в).
Если сравнивать фазы токов на концах защищаемой ли-
нии, то можно четко отличать короткие замыкания на защи-
щаемой линии от внешних. В первом случае выходное реле
защиты должно посылать импульсы на отключение выключа-
телей, а во втором случае отключение не требуется.
Сравнение фаз токов в диффазной защите осуществляется
с помощью токов высокой частоты, которые передаются по
линии передачи. Линия проходит высокочастотную обработ-
ав

в-1
Фильтр
|у? /Тм
е
еь
6>г
О
АГ
I
/С-/
КС
Фильтр
I 4+*£ I
1
\К-2
^Т?Ч
/7
-Гт?^
*<?
+ 1
Рис. 7-6. Упрощенная принципиальная схема диффазной высокочастотной защиты.

!ку аналогично рассмотренным выше высокочастотным защи-
там (см. рис. 7-1). Чтобы избежать сравнения фаз токов в на-
'чале и конце линии всех трех фаз, что, очевидно, вызовет зна-
чительное усложнение и удорожание схемы (высокочастот-
ная обработка трех фаз и т. д.), обычно используют фильтры
симметричных составляющих, преобразующие трехфазную
|систему токов в однофазную.
I Наибольшее распространение для этой цели получили
фильтры типа I\+kI2 и I\+kI0. На выходе этих фильтров
{появляется ток 1ф при всех видах коротких замыканий. При
Симметричных замыканиях этот ток обусловливается состав-
ляющей прямой последовательности 1\, при несимметрич-
ных — составляющими h или /о.
1 На рис. 7-6 приведена упрощенная принципиальная схема
диффазной высокочастотной защиты [8].
Один полукомплект защиты содержит фильтр токов
I\+kI2, два пусковых органа 1 и 2, выходное промежуточное
реле 5, вспомогательный трансформатор Тм, высокочастотные
приемник и передатчик.
Передатчики состоят из лампового генератора высокой
частоты, управляемого токами промышленной частоты от
вспомогательного трансформатора Тм. При положительной
полуволне тока 1ф генератор работает и посылает в линию
высокочастотные импульсы. При отрицательной полуволне
генератор не работает, и посылка импульсов прекращается.
Запуск высокочастотного генератора осуществляется при
.срабатывании чувствительного пускового реле 1.
! Схема высокочастотного приемника выполнена таким об-
разом, что при поступлении высокочастотных импульсов (с
противоположного конца линии или от своего генератора)
ток в обмотке выходного промежуточного реле 3 не протекает.
В момент прекращения подачи высокочастотных импульсов
на входе приемника реле 3 срабатывает, и при срабатыва-
нии пускового реле 2 защита отключает выключатель.
При коротком замыкании на защищаемой линии
(точка/С-/) срабатывают пусковые органы обоих полукомплек-
тов и токи с противоположных концов линии будут совпа-
дать по фазе (рис. 7-5,6). Следовательно, высокочастотные
генераторы обоих полукомплектов будут посылать импульсы
одновременно. Через каждые полпериода промышлен-
ной частоты, но также одновременно, будут интервалы в по-
сылке этих высокочастотных импульсов. В цепи выходных
реле 3 приемников будут протекать токи, обусловленные на-
личием интервалов между высокочастотными импульсами и
вызывающие отключение выключателей. На рис. 7-7 приве-
дена диаграмма токов диффазной защиты, поясняющая ра-
боту защиты при коротких замыканиях на защищаемой ли-
нии и внешних коротких" замыканиях.
230

При внешних коротких замыканиях (точка К-2) пусковые
jpraHbi также срабатывают, но токи на концах линии не сов-
падают по фазе (рис. 7-5, в). Следовательно, высокочастот-
ные импульсы, посылаемые генераторами, не будут совпадать
по времени, а будут сдвинуты на угол 180°. Так как на вход
приемника поступают высокочастотные импульсы не только
Вч-импулъсы
^комплекта Р
Вч-импульсы
'комплекта Б
mwmnmmm
wiwiwmwhm
lp-0
Вч-импульсы.
*на входе
приеиникоб
+* Ток б реле 3
Рис. 7-7. Диаграмма токов диффазной защиты при к. з на защи-
щаемой линии (а) и внешнем к. з. (б).
о противоположного конца линии, но и от генератора дан-
ного полукомплекта, то на вход приемника будут поступать
высокочастотные импульсы данного и противоположного ком-
плектов защиты, сдвинутые между собой на 180°. Это обу-
словит в цепи выходного промежуточного реле 3 результи-
рующий ток, равный нулю (рис. 7-7,6).
Таким образом, диффазная защита отключает короткие
замыкания на защищаемой линии и не реагирует на внеш-
ние короткие замыкания.
Величина тока в цепи выходного реле 3 диффазной за-
щиты зависит от угла <р между токами с обоих концов ли-
5*ии. Как было рассмотрено выше, при ср=0 этот ток имеет
231

максимальное значение и защита работает, при <р =180° То.
равен нулю и защита не работает (см. рис. 7-7). В реальны^
условиях угол 9 может изменяться в довольно широких пре.
делах в зависимости от угла между э. д. с. на подстанциях
А и Б и величины сопротивлений линии. На рис. 7-8 приве-
дена фазная характеристика диффазной защиты, представля-
ющая зависимость тока в щ».
пи выходного реле 3 от угла
ср между векторами тока е
обоих концов линии.
Если ток срабатывания ре-
ле 3 будет /ср., то, очевид-
но, при углах 0< <P<?i обес
печивается надежное срабаты-
вание защиты, а при углах
?i<? < 180° защита работать
не будет. Обычно / Ср выби-
рается таким образом, чтобы
иметь ?! ^ 120—130°. В таких
случаях защита работает на-
у, W % г дежно и селективно.
Диффазная защита по прин-
ципу своего действия не реа-
гирует на токи нагрузки и ка-
чания, так как в этих случаях
токи по концам линии будут иметь разные знаки. Это являет-
ся ее важным достоинством.
Диффазная защита не содержит органа направления мощ-
ности и в целом имеет более простую релейную часть, чем
рассмотренные выше высокочастотные защиты.
Она широко применяется на ответственных линиях напря-
жением 110, 220, 400 /се, если более простые защиты не обес-
печивают требуемой чувствительности и быстродействия.
Отечественные заводы выпускают диффазную защиту ти-
па ДФЗ-2. В ЦНИЭЛ разработана схема диффазной защиты
магистральных линий 400 кв от всех видов коротких замыка-
ний [39]. Рассмотрение полных схем высокочастотных защит,
в том числе и диффазной, является предметом специального
курса [4].
Рис. 7-8. Фазная характеристика
диффазной защиты.

Глава восьмая
ВЫБОР ПРИНЦИПОВ ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ
8-1. Выбор принципов защиты сетей,
исходя из требований к релейной защите
В § 1-4 были сформулированы основные требования, предъ-
являемые к релейной защите: быстродействие, чувствитель-
ность, селективность и надежность.
При выборе схемы защиты конкретной электрической се-
ти необходимо стремиться к применению наиболее простых
защит, обеспечивающих выполнение упомянутых выше ос-
новных требований. Применение более сложных защит оправ-
дывается только в том случае, если простые защиты не удов-
летворяют предъявляемым к ним требованиям. Применение
сложных защит нежелательно не только потому, что они до-
роже, требуют больше места для установки и более квалифи-
цированного обслуживания, но главным образом вследствие
того, что очень часто сложные защиты, состоящие из боль-
шого числа реле и других вспомогательных устройств, яв-
ляются менее надежными. Вероятность отказа или непра-
вильного действия защиты можно считать пропорциональной
количеству реле и контактов в схеме.
Отключение короткого замыкания с минимальной выдер-
жкой времени обеспечивает сохранение устойчивости, умень-
шает повреждение оборудования и т. д. Именно с целью по-
лучения более быстродействующих защит широкое распро-
странение получили мгновенные отсечки по току и напряже-
нию, дистанционные защиты, дифференциальные и высоко-
частотные защиты, а также различные сочетания релейных
защит и средств автоматики (см. § 3-16) .^
Выбор уставок защиты по времени действия определяется
видом и назначением защищаемого элемента, его местом
в электрической системе и согласованием с защитами смеж-
ных элементов, типом и характером защит (основные, ре-
зервные).
233

При этом необходимо выполнение граничных, но времени
действия зашиты, условий: она должна срабатывать со вре.
менем tcp.aami причем
(доп. min ^ *ср. защ <С *доп. max* (8-\\
Допустимое максимальное время действия защиты
idon. max рассчитывается для конкретной схемы, исходя из
допустимого времени существования короткого замыкания
например по условию сохранения устойчивости параллельной
работы и обеспечения бесперебойного снабжения потребите-
лей высококачественной электрической энергией (нормальные
напряжения и частота).
Допустимое минимальное время действия защиты
tдоп. mm для линий передач, оборудованных грозоразрядника-
ми, во избежание ложного срабатывания защиты при рабо-
те разрядников, должно быть не меньшим времени срабаты-
вания разрядников. Обычно еСЛИ tcp. защ > 0,08 —0,1 сек., то
обеспечивается надежная отстройка от работы разрядников.
Это обычно имеет место для линий, оборудованных грозоза-
щитными тросами.
Чувствительность защиты должна соответствовать
требованиям «Правил устройства электроустановок». В пре-
дыдущих главах при рассмотрении отдельных видов защит
рассматривались вопросы, касающиеся чувствительности за-
щиты и способов ее повышения. Так, например, если на ли
нии установлена дистанционная защита и токовые пусковые
органы не обеспечивают требований чувствительности (осо-
бенно для длинных и сильно загруженных линий), то в ка-
честве пусковых органов применяют более чувствительные
омметры (см. § 6-9).
Очень широкое распространение получают различные
фильтровые защиты, основанные на использовании составля-
ющих отдельных последовательностей или их определенной
комбинации. Примером могут служить защиты обратной по-
следовательности. Такие защиты, как правило, обеспечивают
очень высокую чувствительность к несимметричным корот-
ким замыканиям, так как их уставки не должны отстра-
иваться от нормального режима, когда составляющие обрат-
ной последовательности вообще отсутствуют. Как известно
(см. табл. 2-1), несимметричные короткие замыкания состав-
ляют 95—97% от всех видов коротких замыканий в электри-
ческих сетях. И даже симметричные трехфазные короткие
замыкания в первый момент возникновения являются несим-
метричными и обусловливают появление на выходе фильтров
составляющих обратной последовательности, которые могут
вызвать срабатывание защиты данного элемента. В работе [1]
устанавливаются необходимые значения коэффициента чув-
ствительности ku для различных видов защит.
•234

Селективность схемы релейной защиты должна
0беспечивать отключение коротких замыканий ближайшими
^ месту повреждения выключателями. Требуемая селектив-
ность достигается соответствующим согласованием защит
смежных участков по параметрам срабатывания (времени
действия, току, Zcp и т. д.), а также устаноржой резервных
зашит.
Резервная защита (см. § 1—5) обеспечивает отключение
поврежденного участка, если по какой-либо причине отказы-
вает основная защита данного участка. Резервная защита
должна охватывать полностью защищаемый элемент и по-
следующий элемент (полностью или частично). Часто основ-
ная защита данного элемента является одновременно резерв-
ной защитой последующего элемента.
В кольцевых сетях и сетях с двухсторонним питанием се
лективность действия защиты достигается применением в схе-
мах защиты органов направления мощности или использова-
нием защит, которые по принципу своего действия работают
селективно при любой конфигурации сети и любом числе ис-
точников питания (продольные дифференциальные, высоко-
частотные защиты).
Требование надежности действия релейной защиты
является, пожалуй, самым основным, и все защиты необходи-
мо рассматривать прежде всего с точки зрения обеспечения
высокой надежности и правильного действия. Схема защиты
должна быть простой и содержать минимальное число реле,
контактов и других вспомогательных устройств, должна ра-
ботать селективно и иметь достаточную чувствительность к
различным видам коротких замыканий. Число защит на каж-
дом элементе должно быть минимальным. Не следует учи-
тывать маловероятных повреждений и совпадений двух ава-
рий (кроме двойных замыканий в сетях с малыми токами за-
мыкания на землю). В конечном итоге надежность действия
релейной защиты является тем критерием, по которому оце-
ниваются все другие качества того или иного ее вида.
8-2. Влияние режима нейтральных точек, номинального
напряжения и конфигурации сети на схемы релейной
защиты
В СССР системы напряжением 110 кв и выше обычно ра-
ботают в режиме с глухим заземлением нейтрали. Они отно-
сятся к системам с большими токами замыкания на землю.*
В сетях с глухо заземленными нейтралями токи однофазного
Замыкания на землю относительно велики (соизмеримы с то-
* Исключение составляют сети ПО кв, проходящие в районах вечной
Меозлоты и районах со скальными грунтами, где невозможно устройство
надежных заземлений нейтралей трансформаторов.
235

ками коротких замыканий при междуфазных замыканиях)
и потому в таких сетях требуется установка релейной защи^"
ты, реагирующей как на междуфазные, так и на однофазные
короткие замыкания. Если на подстанции установлено не-
сколько трансформаторов с обмотками напряжением 110 кв
и выше, то количество нейтральных точек, подлежащих за-
землению, определяется расчетом. При этом исходят из не-
обходимости получить требуемое растекание токов нулевой
последовательности между заземленными нейтральными точ-
ками системы при однофазных коротких замыканиях в раз-
личных режимах работы. Так, например, если на подстанции
имеется два таких трансформатора, то желательно зазем-
лять нейтраль одного трансформатора и рассчитывать за-
щиту на протекание тока нулевой последовательности к за-
земленной нейтрали одного трансформатора. При отключе-
нии трансформатора должна заземляться нейтраль второго
трансформатора, чтобы обеспечить неизменные распределе-
ния токов нулевой последовательности и чувствительность
защиты к однофазным замыканиям.
Сети напряжением 35 кв и ниже обычно работают в ре-
жиме с изолированной или компенсированной нейтралью.
Ток однофазного замыкания на землю в таких сетях мал и
обычно значительно меньше номинальных токов линий. По-
этому в сетях с малыми токами замыкания на землю необхо-
дима защита от междуфазных замыканий и, как правило, не
нужна защита от однофазных замыканий.
Конфигурация сети во многом определяет схемы релей-
ной защиты.
Наиболее просто осуществляется защита радиальных ли-
ний с односторонним питанием путем применения максималь-
ных токовых защит, токовых отсечек, отсечек по напряжению,
а также путем применения сочетания этих защит с автомати-
кой (АПВ, ДВР). Согласование параметров срабатывания
защит смежных участков радиальных линий определяется ти-
пом применяемой защиты и требованиями к ней в отношении
быстродействия и чувствительности.
Для защиты линий с двухсторонним питанием и линий
в кольцевых сетях применяются те же схемы защиты, до-
полненные органами направления мощности.
В необходимых случаях, когда простые защиты не удов-
летворяют предъявляемым к ним требованиям, применяют
более сложные защиты: дистанционные, продольные диффе-
ренциальные (для коротких линий), высокочастотные.
Для защиты параллельных линий применяют поперечные
дифференциальные или балансные защиты (см. § 5-7, 5-8»
5-9). В качестве резервных защит при работе двух линии
и отключении одной из них используются токовые защиты,
включенные на сумму токов двух линий, либо дистанционные
236

защиты П]. Однако дистанционные защиты в качестве ре-
зервных применять не рекомендуется ввиду их большой слож-
ности и дороговизны.
Несколько сложнее выбор защиты линии с отпайками,
fl6o наличие отпаек изменяет параметры линии и значения
токов короткого замыкания. Обычно с отпайками работают
линии передачи напряжением 35 кв и ниже. Сети такого на-
пряжения большей частью имеют несложную конфигурацию,
и потому удовлетворительно работают простейшие защиты:
токовые отсечки, максимальные токовые защиты, а также
перечисленные защиты в сочетании с АПВ и АВР.
8-3. Защита линий передач в системе
с малыми токами замыкания на землю
В сетях с малыми токами замыкания на землю для за
щиты от междуфазных коротких замыканий релейная защи-
та обычно подключается к трансформаторам тока, установ-
ленным в двух фазах и только со стороны питания
Наиболее широко применяются максимальные токовые заши-
ты и токовые отсечки (мгновенные и с выдержкой времени).
На нереактированных кабельных линиях с односторон-
ним питанием напряжением 2-10 кв устанавливаются мгно-
венные токовые отсечки с такой зоной действия, при которой
обеспечивается поддержание на питающих шинах остаточно-
го напряжения U0cm> (0,5 -f-0,6)£/«Ол*. На реактированных
кабельных линиях токовые отсечки не рекомендуются, если
выключатели не рассчитаны на отключение коротких замы-
каний до реакторов [1].
В сетях с малыми токами замыкания на землю возможны
двойные замыкания. Как было сказано в § 3-10, при двой-
ных замыканиях следует отключать только одну поврежден-
ную линию. Для этого трансформаторы на линиях должны
устанавливаться в одних и тех же фазах (например, в фа-
зах Л и С). .
Для защиты от однофазных замыканий релейная защита,
как правило, не устанавливается. Для сигнализации возник
новения однофазных замыканий широко используются устрой-
ства контроля изоляции. Иногда выполняется релейная за-
шита, подключаемая к ТТ нулевой последовательности и
Действующая от емкостного тока сети на сигнал, а не на от-
ключение. Персонал по получении сигнала об однофаз-
ном замыкании принимает меры к отысканию и ликвида-
ции повреждения, не отключая потребителей в аварийном
Порядке.
Исключение составляют сети напряжением 2-10 кву пи-
тающее торфоразработки, шахты и другие предприятия с по-
вЬ1шенной опасностью для обслуживающего персонала, где
237

защита от однофазных замыканий выполняется с действие^
на отключение.
Согласно «Правилам устройства электроустановок» в се~
гях напряжением 2-10 кв защиты должны выполняться
однорелейными или двухрелейными, причем можно не учи-
тывать возможность коротких замыканий за трансформато-
рами с соединением обмоток л/А (см. §§ 2-7, 3-10).
Если максимальные токовые защиты в сочетании с токо-
выми отсечками не обеспечивают требуемой чувствительности
и селективности, то для защиты линий напряжением 2-10 ка
допускается применение поперечных и продольных диффе-
ренциальных защит или дистанционных защит в простейшем
исполнении (с токовыми пусковыми органами и омметрами
полного сопротивления).
В сетях напряжением 35 кв с малыми токами замыкания
на землю применяются те же защиты, что и для сетей на-
пряжением 2—10 кв. Если максимальные токовые защиты,
отсечки по току и напряжению, а также сочетания этих про-
стейших защит со средствами автоматики (АПВ, АВР) не
обеспечивают требований селективности, чувствительности
и быстроты действия, то возможно применение несложных
дистанционных защит, а также продольных дифференциаль-
ных защит (для защиты линий небольшой протяженности).
Блокировки от качаний в схемах защиты линий напряже-
нием 2—35 кв обычно не применяются.
8-4. Защита линий передач в системе
с большими токами замыкания на землю
В сетях с большими токами замыкания на землю для за-
щиты от междуфазных и однофазных замыканий релейная
защита подключается к трансформаторам тока, установлен-
ным во всех трех фазах.
Для защиты линий передач напряжением НО кв и выше*
также рекомендуется использовать наиболее простые защи-
ты. Применение сложных быстродействующих защит (ди-
станционных, продольных дифференциальных, высокочастот-
ных) разрешается, если более простые не обеспечивают при
коротких замыканиях поддержания остаточного напряжения
на шинах Uocm>0y6 UH0M,когда возможны нарушения устойчи-
вости параллельной работы и асинхронный ход является не-
допустимым по режимам работы электрической системы и по-
требителей, а также когда возможно возникновение лавины
напряжения. При решении вопроса о применении сложных
защит необходимо учитывать вероятность возникновения
* Сюда относятся также сети напряжением 35 кв, работающие с глу-
хо заземленной нейтралью.
238

междуфазных замыканий (особенно трехфазных), исходя из
конструкции, изоляции и материала опор, наличия тросов
и т. д. [1].
Для защиты радиальных сетей с односторонним
питанием от междуфазных коротких замыканий в качестве
основной защиты широко применяются отсечки по току и
напряжению (мгновенные и с выдержкой времени), а в ка-
честве резервных — максимальные токовые защиты. Широко*
используются сочетания вышеуказанных защит с устройства-
ми АПВ для повышения чувствительности и увеличения
быстродействия.
Для защиты радиальных линий от однофазных коротких
замыканий используются защиты от междуфазных замыка-
ний или устанавливаются токовые защиты нулевой после-
довательности. Применение последних оправдывается в тех
случаях, когда это приводит к повышению чувствительности
или уменьшению выдержки времени действия защит.
Как правило, защиты устанавливаются только со сторо-
ны питания. На линиях, оборудованных однофазным автома-
тическим повторным включением (ОАПВ), часто приходится
устанавливать релейную защиту также на приемном конце
линии, для выбора и отключения поврежденной фазы с обе-
их сторон.
Для защиты линий с двухсторонним питанием использу-
ются токовые отсечки (ненаправленные и направленные),
а также отсечки по напряжению. С целью повышения селек-
тивности, чувствительности и быстродействия могут приме-
няться сложные защиты: дистанционные, продольные диффе-
ренциальные, высокочастотные.
В случаях применения сложных защит резервными могут
быть максимальные токовые защиты, отсечки по току и на-
пряжению. В отдельных случаях резервными могут быть так-
же одноступенчатые дистанционные зашиты, если более про-
стые защиты не обеспечивают требуемых для резервной за-
щиты значений коэффициента чувствительности. Если основ-
ной защитой линии является высокочастотная, то установка
в качестве резервной дистанционной защиты, например типа
ПЗ-157, обычно считается излишней. Опыт работы энерго-
систем показывает, что для защиты линий достаточно только
одной сложной защиты.
Защиту от однофазных замыканий осуществляют с по-
мощью ненаправленных и направленных токовых отсечек
нулевой последовательности.
Защиту параллельных линий, в том числе и с ответвле-
ниями, обычно обеспечивают, применяя поперечные диффе-
ренциальные защиты; в качестве резервных, при отключении
одной из параллельных линий, применяются максимальные
токовые или дистанционные защиты.
239

В сетях напряжением 110 кв и выше, где возможны ка-
чания и вызываемая качаниями неправильная работа релей-
ных защит, устанавливаются специальные блокировки или
производится отстройка от качаний по времени (см. § 6-13).
Защита телемеханизироваиных подстанций выполняется
так же, как и подстанций с дежурным персоналом. Отличие
заключается лишь в том, что схемы защиты линий передач,
выходящих из телемеханизированных подстанций, подают
импульс на телесигнализацию для предупреждения диспет-
чера о срабатывании защиты. С этой целью обычно исполь-
зуется дополнительный контакт выходного промежуточно-
го реле.

Глава девятая
ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ МАШИН
9-1. Повреждения и ненормальные режимы
синхронных машин
Наиболее распространенными видами повреждений син-
хронных машин являются: междуфазные, однофазные на зем-
лю и витковые замыкания в обмотке статора, замыкания
в одной и двух точках обмотки ротора на землю.
Междуфазные замыканияв генераторах обыч-
но сопровождаются большими токами, величина которых
определяется главным образом мощностью энергосистемы, к
которой присоединен генератор, характером связи с системой
и моментом времени возникновения короткого замыкания.
В случае изолированно работающей машины ток корот-
кого замыкания зависит от места повреждения обмотки, ко-
торое принято определять долей замкнувшихся витков а, от
считываемой от нейтрали обмотки, соединенной в звезду.
Этот ток для трехфазного короткого замыкания определяется
выражением
/ __ ^ ^Ф_
у Г* R) +а&х*о*
где Еф— фазная э. д. с. генератора при «=1,0;
R — активное сопротивление фазы статора;
Х0б— полный реактанс фазы статора;
Rn— переходное сопротивление в месте короткого замы-
кания.
Кривая зависимости (9-1) представлена на рис. 9-1.
Токи междуфазных коротких замыканий в синхронных
компенсаторах и двигателях определяются мощностью сети,
к которой они подключены. Методы их расчета общеизвестны.
Однофазные замыкания на землю, в случае,
^сли ток замыкания превышает 5 а, могут привести к выгора-
'6 М. В. Титаренко и И. А. Носков-Дукельашй
2il

нию изоляции обмотки и оплавлению активной стали стаго
ра; для восстановления стали при значительном оплавлении
(диаметром более 10 мм) требуется перешихтовка статора
Токи однофазного короткого замыкания зависят от режи-
ма заземления нейтрали генератора. В настоящее время в
СССР, с целью снижения токов замыкания на землю, система
генераторного напряжения изолируется от земли. В это^
случае токи определяются емкостью сети генераторного на'
пряжения по отношению к земле, причем активными и индук.
Рис. 9-1. Зависимость тока замыка- Рис. 9-2. Токораспределение
при замыкании одной фазы на*
землю (корпус).
ния на землю от количества замкнув-
шихся витков.
тивными сопротивлениями цепей можно пренебречь благо-
даря тому, что их величина относительно мала. Из рис. 9-2
следует, что
/3с.»:^згЗао)С0^, (9-2)
где i/ф — фазное напряжение генератора;
С0 — суммарная емкость одной фазы сети генераторного
напряжения относительно земли.
Суммарная емкость С0 состоит из емкости обмоток генера-
тора Сг и емкости внешней сети Сп не входящей в защищае-
мую зону; последняя обычно значительно больше первой. Ем-
костные токи со стороны генераторов могут быть определе-
ны по эмпирическим кривым ОРГРЭС (рис. 9-3) в зависимо-
сти от мощности и напряжения или по заводским данным-
В таблице 9-1 (стр. 243) приведены такие данные для турбо-
генераторов серии Т-2 завода «Электросила».
Ток замыкания на землю, очевидно, будет максимальным
при «=1, т. е. при коротком замыкании на выводах:
= 6к/Сиф.
(9-3)
242

В случае большой протяженности сети генераторного напря-
жения, если токи замыкания на землю превышают 30 а, сеть
должна быть скомпенсирована дугогасящей катушкой.
Витков ые замыкания, т. е. замыкания между вит-
ками одной фазы или между витками параллельных вет-
вей фазы, являются относительно редким видом поврежде-
ния. Величина тока
повреждения зави-
сит от доли замк-
нувшихся витков и
может в предель-
ном случае дости-
гать величины
[МКф]
0,3:
U
Еф
0,2
0,1
'10,5 нЬ
где R — активное
сопротивление фазы
статора.
Этот ток может
возрастать до таких
же значений, как и
ток при междуфаз-
ном замыкании, по-
этому витковые за-
мыкания считаются
опасным видом по-
вреждений.
Замыкание
обмотки рото-
ра на землю в
одной точке само по
себе не вызывает
повреждений, так
как ток в месте замыкания не протекает. Однако оно опасно,
поскольку при появлении второго замыкания на землю резко
Таблица 9-1
О Ю РО 30 /Ю 50 60 ?Q 80 90 ЮО*Ю3[к6а]
Рис. 9-3. Эмпирические кривые емкости гене-
ратора в зависимости от его номинальной
мощности.
Тип турбо-
генератора
Т-2-12-2
Т-2-12-2
Т-2-25-2
Т-2-50-2
Номин.
напряж.
Uhoau Кв.
6,3
10,5
6,3
10,5
Емкость обмот-
ки статора по
отношению
к земле
Сг, мкф1фазу
Емкостное со-
противление
обмотки стато-
ра по отноше-
нию к земле
Хсг. ом/фазу
Емкостный ток
при замыкании
одной фазы на
землю Ic, a
0,1
0,08
0,2
0,25
31800
39800
15900
12700
0,34
0,46
0,69
1,43
16*

нарушается симметрия магнитного потока, что ведет к появле-
йию асимметрии токов статора и увеличению вибрации маши-
ны. Кроме того, в месте повреждения может возникнуть дуга,
которая иногда приводит к выгоранию обмотки и возникно-
вению пожара.
Основным видом ненормального режима синхронных ма-
шин является перегрузка по току статора, которая
может повлечь за собой преждевременное старение и пробой
изоляции обмоток. Предельно допустимую продолжитель-
ность кратковременной перегрузки принято определять как
' = *£гт[сек.]. (9-4)
где k—кратность перегрузки по отношению к номинальному
току.
Причинами перегрузки по току могут быть:
а) для генераторов — внешние короткие замыка-
ния, увеличение активной или реактивной нагрузки, асинхрон-
ный режим или асинхронный ход машины;
б) для синхронных двигателей — технологиче-
ская перегрузка, самозапуск, асинхронный режим или асин-
хронный ход;
в) для синхронных компенсаторов — затяжной
пуск, асинхронный режим.
Внешние короткие замыкания могут вызвать как симмет-
ричную, так и несимметричную перегрузку генераторов, в за-
висимости от вида замыкания.
Благодаря наличию форсировки возбуждения, которая
обычно работает в этом случае, кратность перегрузки может
быть значительной (до 4—5 1ном).
Всякая несимметрия по току вызывает появление в токе
статора составляющих отрицательной последовательности, а
в токе ротора — составляющих двойной частоты. Кроме того,
в массивных частях ротора начинают индуктироваться значи-
тельные вихревые токи. Эти токи, как и токи двойной частоты
в обмотке, приводят к быстрому нагреву ротора, что может
вызвать его повреждение. Таким образом, сверхтоки корот-
кого замыкания, особенно при несимметрии, опасны и дол-
жны быть ликвидированы в течение нескольких секунд.
Изменение режима работы питаемой генера-
тором нагрузки или приводимого двигателем механизма мо-
жет вызвать увеличение тока сверх номинального. Это увели-
чение обычно небольшое и может быть допустимо довольно
длительное время (несколько минут), достаточное для того,
чтобы персонал принял меры к ликвидации перегрузки.
Асинхронный режим синхронных машин наступает
при потере ими возбуждения. Машина начинает потреблять
244

Рис. 9-4. Кривая мощности синхрон-
ного двигателя.
из сети реактивную мощность, необходимую для намагничи-
вания, продолжая в то же время нести активную нагрузку.
В этом случае машина может либо остаться в синхронизме
(явнополюсные машины) за счет реактивного момента и не-
сти незначительную активную нагрузку, потребляя реактив-
ную мощность из сети, либо выпасть из синхронизма, и тогда
электрические величины (то-
ки статора и ротора, напря-
жение, мощность) станут
пульсировать, ротор будет
испытывать периодические
ускорения, в его обмотках и
массивных частях будут на-
водиться токи частоты сколь-
жения, которые могут выз-
вать чрезмерный нагрев.
Если на шинах генерато-
ра или в данном участке сис-
темы нет достаточного за-
паса реактивной мощности,
то асинхронный режим ге-
нератора может вызвать
значительное снижение нап-
ряжения на шинах (до
0,7 Ином) что, в свою очередь, отразится на работе потреби*
телей.
Асинхронный ход появляется после выпадения ма-
шины из синхронизма при наличии возбуждения. Пульсации
тока, напряжения и мощности при этом сильно возрастают,
амплитуды качаний мощности достигают своего максималь-
ного значения, а токи могут превысить токи короткого замы-
кания- Знакопеременный момент вращения на валу генерато-
ра приводит к появлению значительных ускорений; в массив-
ных частях ротора сильно возрастают потери.
Асинхронный режим не является опасным для турбогене-
раторов и допустим в течение 30 мин. Для гидрогенераторов
и турбогенераторов с наборным ротором или проволочными
бандажами он представляет опасность, и поэтому такие ма-
шины при потере возбуждения должны быть отключены.
Асинхронный ход допустим лишь кратковременно и только
при достаточно слабых связях с системой, определяемых для
генераторов кратностью тока несинхронного включения, ко-
торая у турбогенераторов не должна быть выше 5, а у гидро-
генераторов — 3,5. В том случае, если асинхронный ход
не удается быстро ликвидировать, машина должна быть от-
ключена.
Вероятность возникновения асинхронного хода особенно
велика у синхронных электродвигателей. Являясь обычно
245

машинами с явно выраженными полюсами, они имеют кривую
момента, аналогичную изображенной на рис. 9-4 и опреде-
ляемую выражением
^=%-"sine + tf»f^sIn2ft. (9-5)
где EduXd—э. д. с. и реактанс машины в продольной оси;
Xq—реактанс в поперечной оси;
U — напряжение сети;
в — угол выбега ротора.
Как следует из выражения 9-5, при понижении напряже-
ния в сети Мд снижается, и когда он становится меньшилт
противодействующего момента Мп, машина выпадает из син-
хронизма. Предельная длительность асинхронного хода в на-
стоящее время оценивается примерно в 10 сек.
Вторым видом ненормального режима работы асинхрон-
ных машин является повышение напряжения. Этот
вид ненормального режима характерен для гидрогенераторов,
скорость которых после сброса нагрузки может значительно
возрасти, вследствие чего напряжение может превысить но-
минальное значение на 50—70%. Во избежание пробоя изо-
ляции машина в этом случае должна быть отключена. Для
турбогенераторов, у которых инерционность регуляторов ско-
рости значительно меньше, чем у гидрогенераторов, такое
повышение напряжения исключено.
9-2. Гашение магнитного поля синхронных генераторов
В случае повреждения генератора ток в месте поврежде-
ния будет поддерживаться после отключения генератора от
сети до тех пор, пока существует возбуждение и, следователь
но, напряжение в статоре.
Для быстрой ликвидации аварии необходимо вместе с от-
ключением генератора от сети в минимально короткий срок
погасить его магнитное поле.
Поэтому все защиты, действующие на отключение выклю-
чателя, отключают одновременно и автомат гашения поля
(АГП). АГП представляет собой автоматическое устройство,
предназначенное для снятия напряжения с генератора после
его отключения от сети.
Процесс гашения заключается в том, чтобы отключить
возбудитель от обмотки возбуждения генератора и израсхо-
довать энергию магнитного поля, запасенную в индуктивно-
стях обмотки ротора и возбуждения. Это достигается путем
переключения обмотки ротора и обмотки возбуждения воз-
будителя на гасительные сопротивления. Наиболее распро-
страненная схема АГП приведена на рис. 9-5.
246

^Щ_|НМ=!
Во избежание возникновения перенапряжений переключе-
яие производится без разрыва цепи возбуждения. Качество
схемы определяется скоростью затухания поля, которая ха-
рактеризуется постоянной времени гашения поля Т2. Харак-
тер затухания и графическое определение Т$ при разомкну-
той обмотке статора показаны на
рис. 9-6. Общее время затухания
tz определяется как время, необ-
ходимое для того, чтобы снизить
напряжение на статорных выво-
дах генератора, отключенного от
сети, до минимального значения
t/min, которое обычно принимают
равным 500 в (для генераторов
с номинальным напряжением 6,3—
10 кв).
Величина гасительного сопро-
тивления в цепи ротора R\ выби-
рается из расчета снижения на-
пряжения генератора до 30% от
Uном в течение 3—4 сек. Она дол-
жна быть в пределах четырех-
или пятикратного значения сопро-
тивления обмотки ротора в го-
рячем состоянии; величина га-
сительного сопротивления воз-
будителя /?2 должна быть равна
десятикратному сопротивлению его обмотки возбуждения.
Величина Т2 для отечественных машин колеблется в пре-
делах 3—8 сек.
В последнее время на заводе «Электросила» был разрабо-
тан новый эффективный способ гашения поля при помощи
дугогасительнои решетки и поперечного магнитного дутья
(рис. 9-7). При гашении поля сначала размыкаются главные
контакты 1 АГП, а через небольшой промежуток времени —
его дугогасящие контакты 2. Дуга, возникающая на этих кон-
тактах действием внешнего поперечного магнитного поля, воз-
буждаемого специальными магнитами, вгоняется в область,
занятую дугогасительнои решеткой, решетка расчленяет дугу
на ряд последовательно включенных коротких дуг, которые
горят до тех пор, пока ток в обмотке возбуждения не упадет
до нуля.
Переходный процесс при этом протекает так, как если бы
в цепь обмотки возбуждения была внезапно введена постоян-
ная э. д. с. Ud, направленная против э. д. с. возбудителя.
Длительность процесса гашения поля tz при заданной
кратности перенапряжения на обмотке возбуждения k= —jj
Y 088
» WW*
Рис. 9-5. Принципиальная схе-
ма АГП.
247

является минимальной и определится для машин без демгь
ферной обмотки как
l:-i , 0-6)
где -zzzz постоянная времени обмотки возбуждения;
Um— максимальное перенапряжение;
U0 — номинальное напряжение возбудителя.
и/и**
0,8
0,6
ОМ
0,2
0\
Рис. 9-6. Коивая гашения поля гене-
/ —
\1
•vs
1 \
! 1\
1 !
1 [
г
N !
__J
4
t
-j-
<*
* i
2
Y
fCQKj
t
oer:
Кривая гашения поля
ратора.
теоретическая, 2 — опытная.
Рис. 9-7. Схема АГП завода
«Электросила»:
/ — главные контакты, 2 — дугога-
сительные контакты. 3 — дугогасн-
тепьная рещетка, В — возбудитель,.
ОВГ — обмотка возбуждения гене-
ратора.
Полная продолжительность процесса гашения поля по но-
вой схеме сокращается в несколько раз и, как показали
испытания, колеблется в пределах 0,4—0,7 сек.
Для генераторов мощностью до 1000 кет допускается вы
полнять АГП по упрощенной схеме путем введения сопротив-
ления в обмотку возбуждения возбудителя.
9-3. Дифференциальная токовая защита
Для крупных машин основной защитой от междуфазных
замыканий в обмотке статора является продольнаядиф'
ференциальная защита, которая по своему принципу
ничем не отличается от рассмотренных выше дифференциаль-
ных защит линий (см. гл. 5), т. е. осуществляет сравнение
токов в одноименных фазах на выводах и в нуле машины»
При отсутствии повреждения в зоне защиты через реле про
текает ток, представляющий собой геометрическую разноса
токов:
Д - U = /,
нб
(9-7>
246

За счет неидентичности параметров трансформаторов то-
ка и неравенства плеч в реле протекает небольшой по вели-
чине ток небаланса /«б.
При повреждении в зоне защиты и подпитке точки корот-
кого замыкания от сети появляется
4 = /;+/;. (9-8>
Этот ток превышает ток уставки, и защита срабатывает. Зону
защиты стремятся по возможности расширить, включая в нее,
кроме обмоток генератора, также шины и кабели до места
установки выключателя.
Токи небаланса резко возрастают при внешних коротких
замыканиях, самосинхронизации и несинхронных включениях
генератора, причем в них появляется апериодическая состав-
ляющая.
Принципиально уставка реле должна выбираться из
условия
*кз. min ^>*cp J> *нб. max • (У-У/
Для одиночно работающего генератора ток 1кз зависит
от процента замкнувшихся витков обмотки статора, и харак-
тер его изменения аналогичен характеру кривой, показанной
на рис, 9-1.
При металлических коротких замыканиях в обмотке ток
1КЗ практически всегда больше 1ср ; при наличии переходных
сопротивлений принципиально возможно появление мертвой
зоны вблизи нейтрали, однако вероятность таких поврежде-
ний весьма мала.
Ток 1ср, выбранный по условию (9-9), при трансформато-
рах тока, работающих в пределах десятипроцентной погреш-
ности, обычно не превышает (0,5—0,6) 1Ном. ген .
Практически, однако, приходится считаться не только с
токами небаланса, но и с возможностью обрыва соединитель-
ных проводов в плечах защиты. Тогда в реле протекает ток,
равный рабочему току машины, и ток срабатывания защиты
выбирается по формуле
'ср -1- К* 'ном. ген — (1 >«3 1Д) 'ном. ген •
(см. выше аналогичные формулы (5-6) и (5-6а).
Для сигнализации обрыва соединительного провода в ну-
левой провод дифференциальной цепи включают токовое
реле (реле Т0 на рис. 9-8) с током срабатывания, большим
максимального тока небаланса в рабочем режиме:
fcp. О — £~ *оаб. нб. max . (9-10/
Это реле через реле времени с уставкой порядка 10 сек.
действует на сигнал.
249-

Важным условием правильной работы дифференциальной
защиты является надежная отстройка от токов небаланса во
всех возможных режимах работы.
Для отстройки от токов небаланса применяются быстро
насыщающиеся промежуточные трансформаторы тока (БНТ),
включенные в дифференциальные провода, как показано на
Нг4
"'Шп
ff
к нгп
U=:
с г
РЛ
1
^
7L
От других
защит
Ljtn
-V
5Н
6НТ
Сигма/
БИТУ
W
Щ \в\
Рис. 9-8. Продольная дифференциальная защита генератора с БНТ.
рис. 9-8. Резкое возрастание токов небаланса в первые пери-
оды внешних коротких замыканий обусловлено наличием зна-
чительной апериодической составляющей, которая по принци-
пу действия трансформатора трансформируется слабо. Спе-
циальным подбором стали и быстрым насыщением эту транс-
формацию сводят до возможного минимума. В то же время
синусоидальная составляющая трансформируется беспрепят-
ственно до насыщения. Характеристика /2Бяг=/(Л^яг) при-
ведена на рис. 9-9.
Отечественной электропромышленностью выпускаются
применяемые для защиты генераторов и трансформаторов
быстронасыщающиеся промежуточные трансформаторы типа
РНТ-562 с регулируемым числом витков первичной обмотки
При токе срабатывания дифференциальной защиты, равном
примерно (1,3—1,4)/«ом, специальную отстройку оттоков не-
баланса с помощью БНТ можно не осуществлять, поскольку
величина уставки сама по себе обеспечивает достаточно на-
дежную отстройку.
Дифференциальные защиты обычно выполняются трех-
фазными (см. рис. 9-8). Однако в соответствии с разработка-
250

^•«Теплоэлектропроекта» можно применять эту защиту и в
дБухфазном исполнении (см. рис. 9-34), особенно для гене-
раторов малой и средней мощности, что обеспечивает эконо-
мию двух трансформаторов тока. В таком случае защита от
замыканий на землю (см. § 9-5) должна быть снабжена до-
полнительным реле, реагирующим на ток нулевой последова-
/догОД
1гъит'
*Щ
^к. 6 зоне'
OCfkZ
Ьбнт
Рис. 9-9. Характеристика БНТ.
тельности и действующим на отключение генератора без вы-
держки времени.
Оно необходимо для обеспечения быстрого отключения
двойных замыканий на землю, одно из которых находится
в той фазе генератора, в которой отсутствуют трансформато-
ры тока дифференциальной защиты, а второе — вне зоны за-
щиты.
Продольная дифференциальная зашита действует на от-
ключение генератора и гашение его магнитного поля без вы-
держки времени.
На внешние короткие замыкания и витковые короткие за-
мыкания в одной фазе защита не реагирует по своему прин-
ципу. К токам однофазного замыкания на землю защита не
чувствительна, поскольку в сетях генераторного напряжения
их величина намного меньше тока срабатывания защиты (ней-
траль генераторов изолирована).
Для защиты генераторов, фазные обмотки которых соеди-
нены в звезду и выполнены в виде двух параллельных вет-
вей, от замыканий между витками одной фазы применяется
поперечная дифференциальная защита. Она
наиболее проста и надежна в односистемном исполнении
(рис. 9-10).
251

При нормальных режимах в каждой фазе ЕХ^Е2 и ток,
протекающий через трансформатор тока ТТ, примерно равен
нулю. За счет конструктивных погрешностей машины Е\ и £2
в каждой фазе несколько различны по величине, и поэтому
в трансформаторе тока, а следовательно и в реле, протекает
ток небаланса. * $
Рис. 9-10. Односистемная поперечная дифференциальная за-
щита генератора.
т
Рис 9-11. Принцип работы
поперечной дифференциальной
защиты.
Рис. 9-12. Работа поперечной
дифференциальной защиты при
междуфазных к. з.
При витковом замыкании в одной из параллельных ветвей
фазы через трансформатор тока будет протекать ток
'у — хг +х2
(9-11)
и защита сработает, если
/v> 1сз > 1нб. max •
Разность Z?, — £2 зависит от доли замкнувшихся витков,
н если ток 1у станет меньше /г.з, защита работать не будет,
252

т. е. она имеет мертвую зону. Для повышения надежно-
сти реле подключается к трансформатору тока через фильтр
высших гармоник. Последний необходим из-за циркуляции в
уравнительном проводе токов третьей гармоники, обуслов-
ленных отличием от
синусоиды формы
кривой э. д. с. и то-
ков нулевой после-
довательности, выз-
ванных несимметри-
ей э. д. с.
До недавнего вре-
мени поперечная
дифференциальная
защита выполнялась
по схеме с тремя ре-
ле, включенными че-
рез быстронасыщаю-
щиеся трансформа-
торы на разность то-
ков параллельных
ветвей каждой фазы,
принцип которой по-
казан на рис. 9-11-
Во время нор-
мального режима в
реле протекает толь-
ко ток небаланса,
обусловленный неи-
дентичностью транс-
форматоров тока и
неравенством э. д. с.
При витковом замыкании в цепи защиты появляется ток, рав-
ный 2/у, определяемый по (9-11), и защита срабатывает.
Ток небаланса в схеме, изображенной на рис. 9-11, боль-
ше, чем в схеме рис. 9-10, за счет неидентичности трансфор-
маторов тока. Мертвая зона, следовательно, больше (для тур-
богенераторов она может составить 15—20% обмотки). За-
щита действует и при междуфазных коротких замыканиях в
генераторе (рис. 9-12), однако также имеет мертвую зону.
Полная схема поперечной дифференциальной защиты ге-
нератора с включением реле через БНТ для снижения токов
небаланса при внешних коротких замыканиях приведена на
рис. 9-13.
Односистемная схема (см. рис. 9-10) имеет очевидные
преимущества по сравнению с трехфазной схемой (см. рис.
9-13), которые сводятся к следующему: вместо шести транс-
форматоров тока необходим только один, причем к нему не
Рис. 9-13. Поперечная дифференциальная за-
щита с БНТ в трехфазном исполнении.
253

предъявляется специальных требований; трансформатор тока
нормально не обтекается рабочим током, что позволяет сни-
зить коэффициент трансформации; чувствительность защи-
ты выше.
Оценивая поперечную защиту в целом, можно сказать, что
главным ее достоинством является быстродействие, основным
недостатком — наличие мертвой зоны. К недостаткам защиты
следует отнести также то, что при двойном замыкании на
землю в обмотке ротора у генераторов, параллельные ветви
обмоток которых расположены в разных пазах, возможна
ложная работа защиты за счет искажения результирующего
магнитного потока обмотки статора и появления разности
э. д. с. Е] и £2.
Для предупреждения этого предусматривается блокировка,
выводящая из действия поперечную защиту при появлении за-
мыкания на землю в одной точке цепи возбуждения (реле 28г
рис. 9-33).
9-4. Защита от сверхтоков
Во избежание повреждения генератора при протекании в
статоре сверхтоков, обусловленных внешними короткими за-
мыканиями или перегрузкой, генераторы снабжаются соответ-
ствующими защитами. Защиты от внешних коротких замы-
каний выполняются с двумя выдержками времени: с меньшей
выдержкой защита должна действовать на отключение транс-,
форматоров и связей с соседними секциями, с большей — на
отключение генератора и АГП.
Фильтровая защита отрицательной после-
довательности. Защита реагирует на сверхтоки отрица-
тельной последовательности, вызванные внешними несиммет-
ричными короткими замыканиями, длительное протекание ко-
торых, как указывалось, представляет большую опасность для
генераторов.
Защита состоит из одного реле максимального тока, вклю-
ченного на фильтр токов отрицательной последовательности
(ФТОП) и двух реле времени (рис. 9-14). ФТОП подключа-
ется к трансформаторам тока защиты. На рис. 9-34 приведена
схема, где ФТОП подключен к трансформаторам тока про-
дольной дифференциальной защиты генераторов.
При необходимости может быть добавлено второе реле
максимального тока с меньшим током срабатывания, дей-
ствующее на сигнал при перегрузке генератора токами отри-
цательной последовательности.
Выбор уставки фильтровой защиты производится с соб-
людением следующих условий:
1) отстройки от токов отрицательной последовательности,
возникающих при обрывах линейных проводов первичной це-
пи (обрыв линии);,
254

2) отстройки от токов отрицательной последовательности,,
возникающих при обрывах проводов во вторичной цепи;
3) отстройки от максимально возможного тока небалан-
са фильтра;
4) согласования по чувствительности с защитами, уста-
новленными на смежных с генератором элементах.
<м
i
1В
2В
Фильтр тохоб
отрицательной
последо&ат.
©
Рис. 9-14. Фильтровая защита отрицательной последовательности ллк
защиты генераторов от сверхтоков.
Согласование по четвертому пункту должно производиться
с чувствительными ступенями защит смежных элементов,
зона действия которых выходит за пределы этих элементов
(дистанционная, максимальная токовая и др.). Выбор тока
срабатывания в этом случае должен производиться так, что-
бы при повреждениях, сопровождающихся отказом защиты
одного из смежных элементов по чувствительности, защита
отрицательной последовательности не приходила в действие,
так как срабатывание последней может повлечь за собой
неоправданное отключение источников питания при по-
вреждениях на отдаленных малоответственных элементах
системы.
Практически ток срабатывания защиты определяется фор-
мулой
255

/„=(0,5 — 0,8)/«
(9-12)
Достоинством защиты является ее простота. К недостат-
кам следует отнести то, что она не реагирует на сверхтоки,
-вызванные симметричными короткими замыканиями и пере-
грузками. Учитывая относительную редкость трехфазных за-
мыканий и то, что данная защита является резервной, с пер-
вым недостатком можно не считаться. Что же касается пере-
д/а сигнал с Выдержкой
бремени
Sl£r Ч&Ч
На отключ. генератора и ЙГп
На отключ тр-ра и сбяэей
От трансср. 1
напряжения
Рис. 9-15. Максимальная токовая защита генератора с пуском мини-
мального напряжения.
грузок, то для защиты от них целесообразнее использовать
максимальную токовую защиту с действием на сигнал (см.
ниже), а не фильтровую защиту.
Максимальная токовая защита с пуском
минимального напряжения. Защита, схема которой
•изображена на рис. 9-15, предназначена для отключения ге-
нератора при появлении в обмотках статора сверхтоков, вы-
званных внешними короткими замыканиями. По своему прин-
ципу защита является максимальной токовой. Для предот-
вращения отключения генераторов при перегрузках, не со-
провождающихся большим снижением напряжения, зашита
снабжена блокировкой минимального напряжения.
Защита состоит из трех токовых реле типа ЭТ-520, вклю-
ченных на фазные токи. Реле индукционной системы не при-
меняются из-за ухудшенного возврата (ниже коэффициент
возврата и больше время возврата). Контакты токовых реле
соединены параллельно, причем оперативный ток к ним под-
водится через контакты трех реле минимального напряжения,
включенных на линейные напряжения всех трех фаз генера-
тора. Контакты реле напряжения также включены парал-
лельно.
.256

Питание токовых реле осуществляется от трансформато-
ров тока, установленных у нулевой точки генератора. Благо-
даря этому обмотка статора оказывается в зоне действия
максимальной токовой защиты, и последняя резервирует диф-
ференииальную защиту при междуфазных коротких замыка-
ниях в обмотке статора.
Реле напряжения питаются от генераторного трансфор-
матора напряжения, включенного до выключателя, чтобы
обеспечить действие защиты при работе отключенного от шии
генератора.
Включение реле на линейные напряжения обусловлено
необходимостью повышения чувствительности при междуфаз-
ных повреждениях.
Ток срабатывания защиты выбирают исходя из обычных
условий:
'сч === Т~~ 'ном. ген- (У-l^aj
При заданных kHwke он составляет обычно (1,3-г 1А)1Ном.ген.
Отстройка от токов перегрузки не учитывается, так как она
обеспечивается блокировкой минимального напряжения.
Напряжение срабатывания выбирается по усло-
виям, предупреждающим отключение генератора при ненор-
мальных режимах, связанных с длительным снижением нап-
ряжения. К последним обычно относят асинхронный режим
генератора, а также самозапуск асинхронных двигателей соб-
ственного расхода и нагрузки питаемых от шин генераторного
напряжения:
^ = ra^°>5f/-- <9-13>
где ke > 1.
Следует отметить, что Ucp, выбранное по этим условиям,
оказывается ниже, чем если бы оно было выбрано по усло-
виям минимального рабочего напряжения:
j it £/min. раб 0,95 Uhom r\ 7K Г Г /Q 1 А\
U ср - -^Tki - 1,Ы,15 - U'/5 Uhom ' (У"14;
Время срабатывания защиты определяется из ус-
ловия
*сз ~ *з. max ~\~ ^*£ »
^де k.max— наибольшая выдержка времени защиты элемен-
тов, присоединенных к шинам генераторного на-
пряжения;
А/ — ступень выдержки времени, равная примерно
0,5 сек.
Чувствительность защиты проверяется по току
и напряжению установившегося короткого замыкания в конце
37 М. В. Тнтаренко и И. А. Носков-Дукельский 257

участка с наибольшим реактивным сопротивлением, присо^
диненного к шинам генераторного напряжения, т. е. так, чт0
бы в случае трехфазного короткого замыкания в конце этого
участка ток в генераторе и напряжение на шинах оказались
бы достаточными для запуска защиты с выбранными устав-
ками. При наличии форсировок возбуждения выполнение это
б
®
j
На сигнал
к
з5Й5
-**
Рис. 9-16. Защита генератора от перегрузки.
го условия по току обычно не встречает затруднений. Чувстви-
тельность же по напряжению часто оказывается недостаточ-
ной, так как при коротком замыкании за реакторами присо-
единений, питаемых с шин генераторного напряжения, на-
пряжение на шинах остается довольно высоким. Общий к
должен удовлетворять условию £<*>1,5.
Достоинством защиты является простота и высокая на-
дежность.
К недостаткам защиты относятся низкая чувствительность
и, в связи с этим, в ряде случаев отказ при коротких замы-
каниях на смежных участках; возможность ложной работы
при перегрузках, связанных с глубокой посадкой напряжения.
Из-за указанных недостатков защита считается несовер-
шенной, и ее следует применять только в тех случаях, когда
описанная выше фильтровая защита не может быть исполь-
зована.
Защита от перегрузки. Перегрузка генератора яв-
ляется обычно симметричным режимом, поэтому токовое ре-
ле, реагирующее на перегрузку, устанавливают в одной фазе
(рис. 9-16).
Поскольку большинство электростанций имеют постоян-
ный дежурный персонал, защита действует на сигнал с вы-
держкой времени. Реле времени включается по схеме, обес
258

печивающей его термическую устойчивость при длительном
обтекании током. Ток срабатывания защиты выбирается по
выражению (9-12 а), причем kHпринимают равным 1,05, тогда
защита приходит в действие при 20—25-процентной перегруз-
ке генератора. Выдержка времени выбирается больше време-
ни действия защиты от сверхтоков внешних коротких замы-
каний, т. е. порядка 10 сек.
9-5. Защита от замыканий на землю одной фазы статора
Защита от замыканий на землю в обмотке статора уста-
навливается, если естественный емкостный ток замыкания на
землю сети генераторного напряжения превышает 5 а. Защита
должна действовать на отключение всех выключателей гене-
ратора и устройство АГП, а также вводить в действие проти-
вопожарное устройство.
Защита должна работать при коротких замыканиях в за-
щищаемой зоне, т. е. в обмотках машины, и не должна ра-
ботать при внешних коротких замыканиях.
Исходя из этого, ток срабатывания защиты выбирается
по условию
1с>1сэ>1г> (9-15)
где 1г и 1С— ток, обусловленный емкостью обмоток генера-
тора и сети соответственно.
Для снижения U защиту устанавливают так, что кабели
и шины выводов не входят в ее зону, т. е. непосредственно
у выводов генератора.
Кроме выполнения условия (9-15), необходимо, чтобы ток
срабатывания реле был больше максимального тока неба-
ланса защиты, который имеется во всех схемах земляных
защит.
Выполнению изложенных требований, обусловливающих,
с одной стороны, достаточную чувствительность защиты для
работы при первичных токах порядка 5 а и, с другой стороны,
отстройку от токов небаланса схемы, препятствовали боль-
шие технические трудности. За последние 8-10 лет Инсти-
тутом электротехники АН УССР и ЦНИЭЛ МЭС были разра-
ботаны новые типы земляных защит генераторов, которые
удовлетворяют указанным требованиям.
Поскольку ток замыкания на землю линейно зависит от
количества замкнувшихся витков (см. форм. 9-2), то при вся-
ком конечном токе трогания реле защита будет иметь мерт-
вую зону вблизи нейтрали генератора (рис. 9-17), которая
тем меньше, чем меньше ток трогания реле.
Защита отзамыканий на корпус с трансфор.
матором тока нулевой последовательности
Института электротехники АН УССР. Принцип
17*
259

действия трансформатора тока нулевой последовательности
(ТТНП) можно уяснить из рис. 9-18 и 9-19. Кабели выводов
генератора располагаются внутри магнитопровода (показаны
пунктиром). При отсутствии обмотки подмагничивания JVfi
устройство представляет собой обычный трансформатор с
кольцевым магнитопроводом, для которого кабели выводов
юох
Рис. 9-17. Мертвая зона защи-
ты генератора от замыканий
на землю.
Рис. 9-18. Вольтамперная ха-
рактеристика ТТНП и эффект
подмагничивания.
? ?
Рис. 9-19. Принцип работы ТТНП с подмагничиванием:
а — нормальный режим, б — короткое замыкание в зоне защиты
служат первичной обмоткой. Благодаря малой величине тока
замыкания на землю /3, который является первичным, желе-
зо трансформатора работает в начальной пологой части ха-
рактеристики намагничивания (рис. 9-18) и э. д. с. на вто-
ричной обмотке Е3.о мала.
Если с помощью тока /^ от постороннего источника ис-
кусственно увеличить начальную индукцию магнитопровода.
то железо будет работать в средней крутой части характери-
стики и то же самое значение тока замыкания на землю / *
260

вызовет на вторичной обмотке э. д. с. Е'з в 15—20 раз боль-
шую, чем Яз. о. При этом обеспечивается мощность, необходи-
мая для срабатывания реле, подключенного ко вторичной
обмотке.
Для создания начальной индукции в магнитопроводе ис-
пользуется дополнительная обмотка подмагничивания Л^.
ТТНП состоит из двух отдельных сердечников (рис. 9-19),
на которых намотаны намагничивающая и вторичная обмот-
ки, как показано на рисунке. Причем на обоих сердечниках
вторичная обмотка N2l к которой подключается реле, намота-
на согласно, а намагничивающая — встречно. В нормальных
режимах (рис. 9-19, а) ток замыкания на землю отсутствует
и в сердечниках существует только поток Ф^., обусловлен-
ный током в обмотке намагничивания. Поскольку обмотки
намотаны встречно, поток Ф^. в одном сердечнике направлен
противоположно этому же потоку во втором сердечнике. Обу-
словленная этим потоком э. д. с. в обеих частях вторичной
обмотки взаимно уничтожается, и ток в реле равен нулю. При
коротком замыкании в обмотке генератора появляется ток
замыкания /3, который создает в обоихмагнитопроводах по-
ток Ф3 одинакового направления; поток Ф3> накладываясь на
поток Ф{х, создает во вторичной обмотке э. д. с. Е'3 и обу-
словливает ток в реле.
Количество витков в обеих частях вторичной и намагни-
чивающей обмоток, расположенных на разных сердечниках,
строго одинаково, что обеспечивает высокую точность рабо-
ты ТТНП.
Поток Фу. создает в сердечниках начальную индукцию,
необходимую для работы на крутой части характеристики
намагничивания. Обмотка подмагничивания питается синусо-
идальным переменным током промышленной частоты от
трансформаторов напряжения генератора.
В нормальном режиме в реле протекает ток небаланса,
вызванный различными коэффициентами взаимоиндукции ме-
жду отдельными кабелями, проходящими сквозь магнитопро-
нод, и вторичной обмоткой. Это является следствием несим-
метричного расположения кабелей в окне ТТНП. Для сниже-
ния токов небаланса обмотка каждого из сердечников раз-
бивается на секции и располагается на сердечнике так, что-
бы токи небаланса были минимальными. Кроме токов неба-
ланса от взаимоиндукции, в реле могут протекать также токи
небаланса, вызванные некоторой неидентичностыо характе-
ристик намагничивания стали обоих сердечников ТТНП.
При хорошем выполнении ток небаланса может быть по-
рядка 1 ма.
Ток небаланса резко возрастает при внешних коротких за-
мыканиях. Чтобы не загрублять защиту по току отстройкой
от этого тока небаланса, вводится реле времени с выдержкой
26!

порядка 0,5 сек., достаточной для затухания токов небалан-
са, обусловленных внешними короткими замыканиями.
Если начальные индукции намагничивания порядка 2000-^
3000 гс и ко вторичной обмотке подключено реле типа ЭТД^,
—551/0,06, защита работает при первичном токе/3=3 а. В слу-
чае подключения реле типа ЭТ-521/0,2 с большим потребле-
нием защита срабатывает при /з=4—5 а. Максимальная мощ-
ность, отдаваемая ТТНП, обеспечивается при условии равен-
9Т-521
7«-Г5а
О Ю 20 30 40 50 60 Ю 80 90 Ъ
(Креле защиты) (Креле 5лс
киробш)
Рис. 9-20. Кривые чувствительности Рис. 9-21. Схема устройства
/сз=/(Э-) трансформатора ТТНП-4 ТТНПШ:
С реле типа ЭТ-520 И ЭТД-550 4, В, С —шины трех фаз первичной
(уставка /л = 1#). цепи; /—/ — вторичные обмотки;
у //—// — обмотки для питания реле
блокировки; ///—/// — обмотки под-
магничивания.
ства полных сопротивлений вторичной обмотки трансформа
тора и обмотки реле.
Чувствительность защиты зависит от угла сдвига фазы v
между током замыкания на землю 13 и током намагничивания
/{х. Для примера на рис. 9-20 приведены экспериментальные
кривые чувствительности защиты в функции угла v для раз-
ных реле.
Конструктивно ТТНП выполняются как кабельного (на
разное количество кабелей), так и шинного типов (ТТНПШ).
Схема устройства ТТНПШ и его внешний вид показаны на
рис. 9-21.
На рис. 9-22 приведена полная схема защиты от замыка-
ний на землю. Она включает в себя токовое реле IT и реле
времени. Для предотвращения ложной работы защиты при
внешних коротких замыканиях защита блокируется при по-
мощи реле Я. Это реле при кабельных трансформаторах под
соединяется к независимому реле максимального тока в схе-

^е защиты от внешних коротких замыканий, при шинных
fTHn оно подключено к специальной обмотке. При исчезно-
вении подмагничивания чувствительность защиты уменьша-
ется в 5—6 раз. Для предотвращения этого в цепь подмаг-
йичивания включено реле ЗТ, действующее на сигнал при
обрыве цепи.
Н Выходному пром.
реле
от максим.защиты.
Рис. 9-22. Защита от замыканий на землю генераторов системы
ЭТИ АН УССР.
Ток срабатывания защиты при заданном потреблении сра-
батывания реле Scp определяется как
(9-16)
где Zhclm.s—эквивалентное сопротивление ветви намагничи-
вания схемы замещения.
Чувствительность защиты определяется при угле v=90°,
когда 1сз наибольший (см. рис. 9-20), проверка же селектив-
ности по условию отстройки от емкостных токов генератора
производится при v =0, когда 1сз наименьший.
Оценивая защиту, можно сказать, что она достаточно
проста, надежна и экономична. Защита обеспечивает высокую
чувствительность при замыканиях на землю.
263

Недостатком защиты является некоторая громоздкость
ТТНП, что иногда затрудняет возможность его установки.
В некоторых случаях по условиям прокладки кабельных илк
шинных выводов установить ТТНП отказывается невоз-
можным.
Защита нулевой последовательности с
ТТНП и магнитным усилителем типа ЦНИЭЛ
МЭС. Схема защиты приведена на рис. 9-23. Защита под.
кОт максимальной
хзащиты генератора
Рис. 9-23. Защита от замыканий на землю генератора системы
ЦНИЭЛ МЭС.
соединяется к трансформаторам тока нулевой последова-
тельности (ТТНП) тороидальной формы, которые надеваются
на каждый кабель и вторичные обмотки которых соединяют-
ся параллельно. Как указывалось, величина магнитной ин-
дукции в магнитопроводе от тока замыкания на землю мала.
Для ее увеличения при условии сохранения малых габари-
тов сердечники ТТНП выполняются из пермаллоя (сплав ни-
келя с железом). Но даже в этом случае при малых габари-
тах мощность на выходе ТТНП мала. Чтобы ее увеличить Д^
значений, необходимых для срабатывания реле Т (обычно
ЭТ-521/0,2), в схему введен магнитный усилитель (МУ), поД;
ключенный, как показано на рис. 9-23. Он представляет собой
трехстержневой дроссель, с обмотками переменного тока -
и 3, включенными последовательно с обмоткой реле к транс
2Р,4

форматору напряжения. Дроссель подмагничивается выпрям-
ленным током замыкания на землю /о, протекающим по об-
мотке 1. Ток в реле
г Uth
*Р Z2,3 + Zp '
где Uth—напряжение от ТН;
22,з — сопротивление обмоток МУ\
Zp —сопротивление обмотки реле 7\
По мере насыщения сердечника магнитным потоком, со-
здаваемым током /=, Z2,3 уменьшается и, следовательно, 1р,
растет. Дополнительная мощность, не-
обходимая для работы реле, берется
от ТН, причем к МУ подводится ме-
ждуфазное напряжение, что позволяет
избежать его снижения при однофаз-
ных коротких замыканиях. Характери-
стика магнитного усилителя показана
на рис. 9-24.
В нормальных режимах /о~> а
следовательно и /о=, отсутствуют,
Рис. 9-24. Характеристи-
ка магнитного усилителя* „
Z2,3 велико и 1Р мал.
Ток срабатывания 1Сз выбирается из описанных выше усло-
вий (см. форм. (9-15). При использовании реле типа ЭТД со
сниженным потреблением первичный ток срабатывания за-
щиты равен 2,5—3 а.
Для зашиты генераторов применяются ТТНП с разъемным
шихтованным сердечником диаметром до 70 мм. Потребление
мощности при срабатывании и минимальной уставке реле
(0,05 а) со стороны ТТНП — 0,002 ва, со стороны ТН — по-
рядка 6,5 ва. Коэффициент усиления МУ, определяемый как
отношение приращений мощности со стороны переменного
и постоянного тока, равен
130.
В момент внешних коротких замыканий токи небаланса
сильно возрастают. Для предотвращения ложной работы за-
щиты при внешних коротких замыканиях в схеме предусмот-
рено реле Я, подключенное к максимальной токовой защите
генератора. При внешних коротких замыканиях защита бло-
кируется путем размыкания цепи оперативного тока и зако-
рачивания ТТНП.
Эксплуатационный опыт подтвердил высокие качества опи-
санной защиты. Следует, однако, отметить, что стоимость
пермаллоя, из которого изготовляются магнитопроводы ТТНП
и МУ, весьма высока, поэтому защита получается дорогой.
Кроме того, магнитные свойства пермаллоя непостоянны и
могут быть нарушены от механических толчков, возможных
265

во время монтажа и эксплуатации. Это вызовет увеличение
токов небаланса и ухудшит чувствительность защиты. Из-за
этих недостатков защита получила на практике ограниченное
распространение.
Иные способы выполнения земляных за-
щит генераторов и разновидности основных
схем. До недавнего времени наиболее распространенной бы-
Рис. 9-25. Земляная защита гене- Рис. 9-26. Принципиальная схема
ратора с ТТНПШ и элементом от- дифференциальной защиты генера-
сечки. торов от замыканий на землю.
ла схема с трехтрансформаторным фильтром токов нулевой
последовательности, описанная выше (см. форм. (3-19). Вви-
ду больших токов небаланса, не позволяющих снизить 1сз
ниже 15—20 а, эта защита считалась несовершенной, и с по-
явлением более совершенных типов защит, описанных выше,
была ими заменена.
До середины 40-х годов для мощных генераторов широко
использовались схемы так называемой защиты максимальной
мощности нулевой последовательности с компенсацией тока
небаланса, которая и сейчас распространена за рубежом. Эта
защита сложна и мало чувствительна.
Описанные выше современные защиты имеют некоторые
разновидности. В том случае, когда в сети генераторного на-
пряжения возможны двойные замыкания на землю, ток ко-
торых велик, но недостаточен для срабатывания дифференци-
266

альной защиты, целесообразно в схему земляной защиты вве-
сти элемент отсечки, действующей помимо блокировки, и реле
времени на выходное промежуточное реле.
В тех случаях, когда нейтраль заземляется через дугога-
сяшую катушку, необходимо осуществлять дифференциаль-
ную схему защиты, представленную на рис. 9-26.
Трансформатор тока в цепи катушки включается на допол-
нительную обмотку ТТНП и действует согласно с основными
а
к-зр:
Т7НП
ТН
сТ
-Ып
0
Рис. 9-27. Схемы компенсации емкостных токов генератора,
а—схема В. Л. Иносова, б—схема Е. Ф. Корниенко.
витками при коротком замыкании в зоне и встречно с ними
при коротком замыкании вне зоны.
Компенсация емкостных токов защищае-
мых генераторов. Как следует из условия (9-15), защи-
та от замыканий на землю отстраивается от емкостных токов
генератора, что определяет ее чувствительность. В крупных ма-
шинах емкостные токи достигают значительной величины, а
это ведет к загрублению защиты. С целью снижения влияния
этих токов и, следовательно, повышения чувствительности за-
щиты, были применены схемы компенсации собственного ем-
костного тока генератора при внешних коротких замыканиях
на землю.
На рис. 9-27 показаны две такие схемы. Схема 9-27, а
предложена В. Л. Иносовым. Нейтраль генератора заземля-
ется через конденсатор и трансформатор тока, который пи-
тает дополнительную обмотку N0 ТТНП.
267

Конденсатор выбирается таким образом, чтобы ток в об-
мотке N0 при коротком замыкании в системе был равен ем-
костному току генератора. Магнитный поток, создаваемый
им, противоположен магнитному потоку, создаваемому емко*
стным током / г при внешних коротких замыканиях и компен-
сирует его. Схема 9-27, б предложена Е. Ф. Корниенко. В этой
схеме конденсатор С подключается к шинному трансформа-
тору напряжения ТН, соединенному в разомкнутый треуголь-
ник, последовательно с обмоткой N0. Подбор конденсатора и
обмотки производят, исходя из тех же условий, что и в схеме
9-27, а.
В обоих случаях влияние тока U сводится к минимуму,
и необходимость отстройки защиты от емкостного тока гене-
ратора отпадает. Чтобы сделать окончательное заключение
о качестве работы обеих схем, необходимо накопить опыт их
эксплуатации.
9-6. Защита цепей возбуждения генераторов
Появление замыкания в цепях возбуждения в одной точке
контролируется вольтметром. Для гидрогенераторов, у ко-
торых не допускается появление второго замыкания по уело-
«о сигнал
ПТН
\ WW» 1
Г—У\ЛЛЛ
й
[ К цепи воз5ужде-
'ния генератора
к балу генератора
Рис. 9-28. Принципиальная схема защиты цепей возбуждения
гидрогенератора от замыкания на землю в одной точке.
виям конструкции, должна быть установлена защита от
появления замыкания на землю в одной точ-
ке, действующая с выдержкой времени на сигнал (рис.9-28)*
Схема работает на переменном токе, который подводится от
трансформаторов напряжения через промежуточный транс-
форматор ПТН. В нормальном режиме вторичная цепь ПТН
268

разомкнута, поскольку между валом и цепью возбуждения
лет электрической связи. Как только появляется замыкание на
землю в любой точке цепи возбуждения, в цепи реле напря-
жения Я, включенного последовательно со вторичной обмот-
кой ПТН, появляется переменный ток, реле Н срабатывает и
через реле времени и промежуточное реле подает импульс
на сигнал- В цепи реле Н пре-
дусмотрен конденсатор С, ко-
торый служит для исключения
влияния цепи постоянного то-
ка и для компенсации индук-
тивного сопротивления обмот-
ки ПТН. Выдержка времени
исключает ложную работу за-
щиты при кратковременных
преходящих замыканиях.
После появления устойчиво-
го замыкания на землю в цепи
возбуждения генератор должен
быть отключен дежурным пер-
соналом.
Защита турбогенера-
торов от появления вто-
рого замыкания на зем-
—1 ур
лляялЛлляаг-
Рис. 9-29. Принцип защиты цепей
возбуждения от двойных замыка-
ний на землю.
л ю в цепи возбуждения вы
полняется в одном комплекте
на всю станцию и подключает-
ся к генератору, у которого по-
явилось первое замыкание на землю. Защита действует,
как правило, на сигнал, а в случае генераторов с набор-
ным ротором, проволочными бандажами или конструктив-
ными дефектами (повышенная вибрация и пр.) — на от-
ключение.
Защита по принципу действия представляет собой уравно-
вешенный мост, в нейтраль которого включено токовое реле
Г; параллельно ему через кнопку включен милливольтметр
(рис. 9-29). Защита включается после появления замыкания
К\ в одной точке обмотки возбуждения (ОВ). Движком
установочного реостата УР находится такое положение, при
котором милливольтметр показывает нуль, т. е. мост уравно-
вешен:
А 1 А4 === ^\2 R3 •
При появлении второго замыкания на землю (в точке Кг)
равновесие моста нарушается и через реле протекает ток 7Л.
Когда /р>1 у, реле срабатывает.
Полная схема защиты представлена на рис. 9-30. В комп-
лект защиты последовательно с обмоткой реле включены
269

Генератор N1
Генератор N2
Рис. 9-30. Схема защиты цепей возбуждения турбогенератора от двойных замыканий на землю.

трансформатор тока ТТ и дроссель Д. Они служат для
отстройки от влияния переменного тока, наводимого в
обмотке ротора после появления в ней первого замыкания на
землю.
Появление переменного тока вызвано неравномерностью
воздушного зазора, вследствие чего поток, пронизывающий
ротор, пульсирует и наводит в нем переменный ток.
Дроссель Д ограничивает его величину, трансформатор
тока ТТ компенсирует его оставшуюся часть, питая вторую
обмотку реле, включенную бифилярно с первой. На протека-
ние постоянного тока дроссель Д и трансформатор ТТ влия-
ния не оказывают по принципу своей работы.
Промежуточное реле П имеет самоподпитку и деблокиру-
ется кнопкой КД. От мгновенных контактов реле времени по-
дается импульс на блокировку поперечной дифференциаль-
ной защиты генератора. Цепь токового реле Т после сраба-
тывания защиты шунтируется, так как оно не рассчитано на
длительное обтекание током. Обмотка реле с помощью спе-
циальной щетки подключается к валу генератора, который
служит местом заземления. Этим исключается влияние пара-
зитных токов, так как обмотка возбуждения заземляется так-
же на вал.
Схема обладает недостатками, обусловленными самим
принципом действия. Защита имеет мертвую зону, поскольку
/р увеличивается по мере удаления точки /<2 от Кг по линей-
ному закону, начиная от нуля, а 1с3 имеет конечное значение
(аналогично рис. 9-17).
Защита не действует, когда точка К\ оказывается в кон-
це обмотки возбуждения или в обмотках возбудителя. Не
всегда возможно отстроиться от переменной составляющей
тока ротора.
Несмотря на недостатки, схема в настоящее время явля-
ется основной для защиты от двойных замыканий, так как
лучшие пока не предложены.
9-7. Иные виды защитных устройств генераторов
Защита гидрогенераторов от повышения
напряжения (рис. 9-31) выполняется в виде одного реле
напряжения и реле времени. Уставка защиты по напряжению
выбирается порядка (1,5—1,7) UhomK выдержка времени —-
0,5 сек. Защита действует на уменьшение возбуждения гене-
ратора, а если этого недостаточно, — на отключение выклю-
чателя генератора и АГП. Последнее показано на схеме
рис. 9-31.
У генераторов малой мощности (1000 кет и
менее) с напряжением 2 кв и выше, работающих парал-
лельно с сетью, защита от многофазных замыканий в обмот-
271

ке статора может выполняться в виде токовой отсечки без
выдержки времени, устанавливаемой со стороны выводов
генератора к сборным шинам (рис. 9-32).
Для защиты таких же машин, работающих изолированно,
от многофазных замыканий используется максимальная токо-
вая защита, устанавливаемая со стороны нейтрали.
Генераторы мощностью менее 1000 кет и напряжением до
500 в, работающие в системе с изолированной нейтралью,
От других
заилит
i
—рц кЧ
£
0
Рис. 9-3L Защита гидрогенератора от повы- Рис. 9-32. Токовая отсечка
шения напряжения. генератора малой мощности.
защищаются от всех видов повреждений и ненормальных
режимов при помощи автоматов с максимальными расце-
пителями или при помощи выключателей с максимальной
токовой защитой. Защита устанавливается в двухфазном
исполнении.
Противопожарное устройство для ликвидации
пожара в случае его возникновения в обмотках генератора
представляет собой специальный трубопровод, разведенный
внутри кожуха генератора таким образом, чтобы обеспечить
подачу воды на всю обмотку.
Раньше тушение пожара осуществлялось путем введения
в генератор углекислого газа. Однако ввиду высокой стои-
мости углекислотных установок и неэффективности их рабо-
ты, от этого вида противопожарных устройств отказались.
Устройство для тушения пожара в электроустановках, имею-
щих постоянный дежурный персонал, вводится в действие,
как правило, вручную, после возникновения пожара.
Из иных типов защитных устройств, относящихся больше
к механической части агрегата генератор—турбина, отметим
защиту от осевого сдвига и защиту от пони-
жения давления водорода (для генераторов с во-
дородным охлаждением).
272

Защита от осевого сдвига осуществляется с помощью спе-
1иального реле осевого сдвига, фиксирующего смещение ва-
ia агрегата и дающего импульс на отключение генератора
! АГП.
Защита от снижения давления водорода осуществляет-
;я с помощью контактных манометров, действующих на
;игнал.
Блокировка, отключающая выключатель
яри действии АГП, предусматривается только для
гурбо- и гидрогенераторов, имеющих наборный ротор или ро-
тор с проволочными бандажами, а также в случаях, когда
энергосистема не может даже кратковременно покрыть дефи-
цит реактивной мощности, вызванный потерей возбуждения
рассматриваемого генератора.
9-8. Полная схема защиты генератора
В качестве примера на рис. 9-33 приведена полная совме-
щенная схема защиты турбогенератора 6—10 кв мощностью
25 тыс. кет и выше с выведенными параллельными ветвями
обмотки статора, соединенной в звезду. Защита приведена в
двухфазном исполнении, обеспечивающем экономию аппара-
туры. В качестве защиты от внешних коротких замыканий
установлена фильтровая защита отрицательной последова-
тельности.
Защита от замыканий на землю выполнена по схеме ЭТИ
АН УССР с добавлением элемента отсечки.
Пунктиром в схеме указаны испытательные блоки, кото-
рые могут быть установлены в случае необходимости. Все
защиты снабжены указательными реле в выходных цепях для
сигнализации их действия и накладками для выведения из
действия в случае необходимости.
Защиты, действующие на отключение выключателя, выве-
дены на общее выходное промежуточное реле. Цепи, дей-
ствующие на сигнал, подключаются к общестанционным шин-
кам сигнализации.
9-9. Защита генераторов на переменном оперативном токе
В целях максимального внедрения в практику эксплуата-
ции электрических станций и подстанций оперативного пере-
менного тока в СССР проведена значительная работа по
исследованию защит отдельных элементов на оперативном
переменном токе. Отечественная электропромышленность
освс ивает разработанную для этого проектными институтами
релейную аппаратуру.
1*а рис. 9-34 представлена развернутая схема защиты ге-
нератора мощностью до 7500 ква на оперативном Перемен-
ив М. В Тнтаренко и И А Носков-Дукельскнн
273

ном токе, разработанная ЦСЗиУ ТЭП. Схема выполнена
в предположении, что выключатели оборудованы пружин-
но-грузовыми приводами, имеющими четыре отключающие
катушки.
В схеме использованы сериесные промежуточные реле
МКУ-48, реле времени переменного тока типа ЭВ-200 и реле
времени с отпадающим якорем конструкции ЦНИЭЛ МЭС
Питание отключающих катушек (О/С) предусмотрено от
трансформаторов тока путем их дешунтирования контактами
сериесных промежуточных реле после срабатывания защиты.
Питание отключающих катушек от цепей напряжения преду-
смотрено только от земляной защиты.
Ввиду того, что нормальные автоматы гашения поля
имеют катушки отключения с большим потреблением, схема
АГП несколько изменена (см. рис. 9-34) с тем, чтобы мощ-
ность трансформаторов тока была достаточна для его от-
ключения.
Генератор оборудуется всеми защитами, предусмотрен-
ными «Правилами устройства электроустановок». При дей-
ствии диффференциальной защиты срабатывает
реле 13, контакт которого дешунтирует отключающую катуш-
ку привода выключателя.
Поскольку в процессе дешунтирования ОК сопротивление
дифференциальной цепи значительно возрастает и токовые
реле защиты могут вернуться в исходное положение, для обес-
печения надежного действия промежуточное реле 13 само-
удерживается.
Земляная защита своим выходным промежуточ-
ным реле 27 и реле времени 26 замыкает цепь ОК привода
выключателя (34) и АГП (37). Промежуточное реле и ОК
включены на междуфазное напряжение U^
Защитой от сверхтоков является максимальная
токовая защита с блокировкой минимального напряжения.
Реле времени с отпадающим якорем начинает отсчет времени
с момента срабатывания реле напряжения.
Отключение ОК выключателя (33) и АГП (36) произво-
дится сериесным промежуточным реле 20, включенным на
разность токов.
Гашение поля осуществляется дешунтированием сопро-
тивлений в цепях обмоток возбуждения генератора и возбу-
дителя.
Рассмотренная схема свидетельствует о возможности пол-
ного исключения необходимости аккумуляторной батареи на
электрической станции. Использование пружинно-грузовых
приводов дает возможность избежать применения выпря-
мителей в цепях отключения, что было бы необходимо
для выключателей, приводы которых работают на постоян-
ном токе.
274

9-10. Особенности защиты синхронных компенсаторов
и синхронных двигателей
Синхронные компенсаторы и двигатели, незначительно от-
личаясь от синхронных генераторов по принципу конструк-
ции, имеют много общего в выполнении релейных защит. Тем
I ко
HfrfsT
о
в- 2
-эЭЕе
тн
СК
&
агп-
О
-i&K
н<
гФг
н<
1^К
щ
От других
защит
Рис. 9-35. Защита минимального напряжения синхронного компен-
сатора.
не менее различие режимов работы и в первую очередь ре-
жимов пуска обусловливает специфику их защит.
Защита синхронных компенсаторов. Отличи-
тельным режимом синхронного компенсатора (СК) является
режим пуска. По существу СК представляет собой синхрон-
ный двигатель, работающий в режиме генератора реактив-
ной мощности. Пуск синхронного компенсатора осуществля-
ется либо путем разгона до подсинхронных оборотов вспо-
могательной машиной, либо путем непосредственного вклю-
чения в сеть без возбуждения. В последнем случае машина
запускается как обычный асинхронный двигатель с харак-
терным для него броском пускового тока. Для ограничения
этоги толчка на время пуска СК включается через реактор,
который после разворота шунтируется выключателем В2
(рис. 9-35). Это так называемый реакторный пуск, принятый
в СССР.
Для СК, работающих непосредственно на шины, защиты
от внутренних повреждений выполняются аналогично тако-
вым для генераторов соответствующих мощностей. Пусковой
18'
275

реактор наиболее целесообразно включать в зону действия
дифференциальной защиты.
В синхронном компенсаторе предусмотрено несколько ви-
дов защит от ненормальных режимов.
Защита минимального напряжения (см. рис.
9-35) предусмотрена для предотвращения пуска синхронного
компенсатора при отключенном реакторе, что может быть в
том случае, когда напряжение появляется внезапно после
аварийного отключения. Поскольку компенсатор является
двигателем, то с исчезновением напряжения на шинах он оста-
навливается. Восстановление напряжения поведет к повтор-
ному запуску и, следовательно, требуется, чтобы к этому
моменту была подготовлена пусковая схема, т. е. дешунтиро-
ван реактор Р.
Защита состоит из двух реле минимального напряжения,
включенных на линейные напряжения разных фаз, контакты
которых включены последовательно. Благодаря этому устра-
няется возможность ложной работы защиты при перегорании
предохранителя во вторичной цепи трансформатора напряже-
ния. В случае общей посадки напряжения защита работает
правильно. Реле времени необходимо для избежания ложных
отключений при кратковременных посадках напряжения, вы-
званных близкими короткими замыканиями в сети.
Напряжение срабатывания Ucp принимается равным
0,4 Uном и выдержка времени — порядка 10 сек.
Защита от токов, обусловленных внешними короткими за-
мыканиями, не устанавливается.
Защита от перегрузки, которая может возникнуть
при длительном снижении напряжения и работе форсировки
возбуждения, устанавливается в виде одного токового реле
типа ИТ-80 с зависимой выдержкой времени. Токовое реле
действует на специальное устройство, снижающее ток возбу-
ждения, и на сигнал. На подстанциях без постоянного дежур-
ного персонала защита с большей выдержкой времени дей-
ствует на отключение.
Защита от замыканий в цепях возбуждения выполняется,
как и для гидрогенераторов, т. е. при появлении «земли» ком-
пенсатор должен быть отключен.
Все защиты, действующие на отключение выключателя,
должны отключать одновременно АГП.
Защита синхронных электродвигателей.
Синхронные электродвигатели (СД) обычно включаются в
сеть, как асинхронные короткозамкнутые двигатели. Лишь
после достижения оборотов, близких к синхронным, в обмот-
ку возбуждения подается постоянный ток и машина втягива-
ется в синхронизм. Для целей пуска на роторе двигателя рас-
положена дополнительная короткозамкнутая обмотка, кото-
рая работает как короткозамкнутый ротор у асинхронного
276

двигателя. Таким образом, при запуске синхронный двига-
тель ведет себя как асинхронный (см. гл. 12), и его релейные
зашиты должны выбираться с учетом пускового режима. Для
снижения толчков пускового тока запуск часто производится
через реактор (см. рис. 9-35).
Выбор защиты должен также учитывать возможность
асинхронных режимов работы двигателя и возможность его
самозапуска после длительного исчезновения напряжения
(подробно см. гл. 12).
Исходя из этого, СД оборудуются следующими защитами:
а) от внутренних повреждений (междуфазные и однофазные
к. з.), б) от ненормальных режимов (перегрузка, асинхрон-
ный режим, понижение напряжения).
В качестве защиты от междуфазных замыка-
ний используется продольная дифференциальная токовая
защита, аналогичная защите генераторов, или, для двигате-
лей меньших мощностей, максимальная токовая отсечка без
выдержки времени. Ток срабатывания отсечки отстраивается
от пусковых токов двигателя:
'кз > 1сз > 'пуск • (9-17)
Защита от замыканий на землю выполняется обычно с по-
мощью трансформатора тока нулевой последовательности
ТТНП, как для кабельных линий (см. § 3-13). Выше уже ука-
зывалось, что ТТНП работает в области малых индукций*
Уставка на реле выбирается по его оптимальной нагрузке
и для ТТНП отечественного производства может приниматься
по формуле
/« = (12,1 ^-18,4) у V^T' (9~18)
где D0 n Q — диаметр и сечение магнитопровода соответ-
ственно.
Защита от перегрузки выполняется, как и для
асинхронных двигателей, с помощью одного токового реле
типа ИТ-80. Это позволяет отстроиться по времени от пуско-
вых токов.
Уставка по току принимается равной 1,25 1Ном, уставка по
времени выбирается из условий длительности пуска.
Для крупных машин защита может выполняться, как для
синхронных генераторов, причем в случае отсутствия на под-
станции дежурного персонала защита с большими устав-
ками по току и по времени действует не на сигнал, а на от-
ключение.
Защиту от выпадания из синхронизма выпол-
няют исходя из следующего. Появление асинхронного хода
277

сопровождается сильными колебаниями тока статора (рис.
9-36, а), амплитуда которых значительно превосходит номи-
нальный ток. Обычная максимальная токовая защита с за-
медленным возвратом не успевает принять исходное положе-
w
1г
©
Рис. 9-36. Изменение тока синхронного двигателя при качаниях (а); за-
щита от асинхронного хода с реле типа ИТ-80 (б).
ние в течение времени спада тока. Таким образом, она «на-
капливает» время и после определенного числа циклов асин-
хронного хода дает им-
пульс на отключение.
На рис. . 9-36, б дана
схема, использующая опи-
санный принцип и постро-
енная на базе реле типа
ИТ-80. Диск реле входит
в зацепление с червяком
при превышении тока ус-
тавки и не успевает от-
пасть за время,когда ток
снижается ниже тока ус-
тавки, т. е. t803>At. Че-
рез некоторое время реле
сработает. Если асинхрон-
ный ход прекратится, ре-
ле возвратится до срабз
тывания.
На рис. 9-37 представ-
лена схема, использую-
щая реле типа ЭТ и промежуточное реле с замедленным воз-
вратом. Обмотка реле питается переменной составляющей то-
Рис. 9-37. Защита от асинхронного хода
синхронного двигателя, использующая
переменную составляющую тока ротора.
278

ка ротора от трансформатора тока, включенного в цепь возбу-
ждения. Известно, что при асинхронном ходе в роторе наво-
дится э. д. с. и протекает переменный ток с частотой сколь-
жения, который трансформируется с помощью ТТ и подает-
ся в реле.
Принцип работы схемы тот же, что и предыдущей.
Некоторые иностранные фирмы выпускают специальные
реле выпадания из синхронизма, включающие в себя реле
максимального тока, реле направления мощности и электро-
механический счетчик количества циклов. В реле использует-
ся изменение знака мощности в момент максимума тока при
асинхронном ходе.
Защита минимального напряжения устанав-
ливается такой же, как у асинхронных двигателей (см. ниже)
и синхронных компенсаторов. Выбор ее уставок производит-
ся по условиям обеспечения самозапуска и не отличается от
выбора уставок минимальной защиты для асинхронных дви-
гателей.

Глава десятая
ЗАЩИТА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И БЛОКОВ
ГЕНЕРАТОР—ТРАНСФОРМАТОР
10-1. Особенности режимов работы трансформаторов
На работу релейных защит оказывают влияние два осо-
бых вида нормальных режимов: включение трансформаторов
под напряжение и регулирование их коэффициента транс
формации под нагрузкой.
Включение трансформатора под синусоидаль-
ное напряжение может вызвать значительное увеличение маг-
нитного потока в сердечнике по сравнению с его нормаль-
ным значением. Это объясняется следующим. Результирующий
магнитный поток в сердечнике отстает на 90° от приложен-
ного к обмотке напряжения и не может изменяться скачком.
Включение трансформатора может быть произведено в любой
момент времени, включая и тот, когда мгновенное напряже-
ние равно нулю, а мгновенное значение потока достигло мак-
симума (рис. 10-1, а). При этом возникает переходный про-
цесс и появляется апериодическая составляющая потока ¥'°
Сумма ¥ + ф" дает результирующий поток <|>, который до-
стигает своего максимума в первый полупериод после вклю-
чения.
При малом затухании апериодической составляющей ф'
этот максимум будет близок к удвоенному значению устано-
вившегося потока ф', а с учетом потока остаточного намаг-
ничивания сердечника % даже больше, т. е.
*« = 2fm-!-<!»0. (Ю-И
Современные трансформаторы рассчитываются так, чтобы
они работали в области перегиба кривой намагничивания
(рис. 10-1,6) при номинальном режиме, т. е. при номиналь-
ном потоке сердечника Y- Увеличение магнитного потока
вдвое приводит к насыщению магнитопровода и, как следует
280

из кривой намагничивания, к резкому возрастанию тока в-
обмотках. В наиболее неблагоприятных случаях включения
зтот ток может достичь (5-г-10)/«Ои*. Он имеет апериодический
пульсирующий характер.
Аналогичным образом трансформатор ведет себя при вос-
становлении напряжения после близкого короткого замыка-
ния или после его исчезновения по иным причинам. Посколь-
ку ток холостого хода трансформатора является НаМаГНИЧИ-
а о
Рис 10-1. Изменение магнитного потока трансформатора при включе-
нии (а); кривая намагничивания трансформатора (б).
вающим, то описанное явление принято называть бросками
тока намагничивания трансформаторов.
Изменение коэффициента трансформации
имеет место при изменении регулировочных ответвлений у
силовых трансформаторов, а также числа витков у автотранс-
форматора. Уменьшение или увеличение коэффициента транс-
формации соответствующим образом влияет как на измене-
ние абсолютных значений первичных и вторичных токов, так
и на изменение соотношений между ними.
10-2. Виды повреждений и ненормальных режимов
трансформаторов
Для силовых трансформаторов характерны следующие
виды повреждений:
1) замыкания между фазами в обмотках и на выводах
трансформатора;
2) витковые замыкания в обмотках одной фазы;
3) замыкания на землю в обмотках или на выводах од-
ной фазы;
4) пожар железа трансформатора.
Междуфазные замыкания чаще всего происходят на вы
водах трехфазных трансформаторов. Токи во вторичной и
первичной обмотках распределяются, как показано в § 2—7.
Междуфазные повреждения в обмотках происходят значи-
тельно реже. Для групп однофазных трансформаторов они
невозможны, а на выводах почти исключены.
281

Витковые замыкания являются наиболее вероятными. За-
мыкания одной фазы на землю представляют серьезную опас-
ность только в том случае, если нейтраль трансформатора
глухо заземлена. Это обычно имеет место на стороне высоко-
го напряжения трансформатора, работающего в сеть 110—
220—400 кв. Сети 6—10—35 кв в СССР, как указывалось,
работают с изолированной или компенсированной нейтралью.
Пожар железа происходит в случае нарушения междуже-
лезной изоляции и вызывается тем, что в месте ее поврежде-
ния увеличиваются потери на гистерезис и вихревые токи. Эти
потери вызывают местный нагрев железа, ведущий к даль-
нейшему разрушению изоляции. Такой вид повреждения опа-
сен, но случается редко.
Короткие замыкания обмоток и повреждения железа отно-
сятся к внутренним повреждениям трансформаторов, замыка-
ния и повреждения выводов — к наружным.
Из повреждений неэлектрического характера отметим по-
вреждения кожуха, которые могут привести к утечке масла
из трансформатора.
К ненормальным режимам относится пере-
грузка трансформаторов потоку, вызванная внешними
короткими замыканиями или изменением режима работы.
Внешние короткие замыкания вызывают в обмотках сверхто-
ки, величина которых в предельном случае (короткое замы-
кание на шинах) при питании от системы бесконечной мощ-
ности определится как
*кз. внеш. max — у 0/ 1\Ю , ( \\j-Z)
где Хк —реактанс трансформатора.
Для отечественных трансформаторов Хк колеблется в пре-
делах 5—11%, а токи внешних коротких замыканий могут
достигать соответственно (20-г-9) 1Н0М. Такие токи опасны,
так как вызывают интенсивный нагрев изоляции обмоток.
Поэтому при их появлении трансформатор должен быть от-
ключен в течение нескольких секунд.
Режимные перегрузки могут происходить при самозапус-
ке электродвигателей, питаемых от данного трансформатора,
при возрастании нагрузки в сети, отключении параллельно
работающих трансформаторов и пр. Токи таких перегрузок
относительно невелики, и их протекание допустимо в течение
длительного времени, достаточного для того, чтобы персонал
принял меры к разгрузке. Согласно ГОСТ 401-41, допусти-
мое время перегрузки трансформаторов открытой установ-
ки характеризуется данными, приведенными в таблице 10-1.
Силовые трансформаторы, в соответствии с «Правилами
устройства электроустановок», должны быть оборудованы
релейными защитами, реагирующими на все виды поврежде-
ний и ненормальных режимов, перечисленных выше.
282

Таблица 10-1
Кратность перегрузки
/
J ном
Допустимое время рабо-
ты трансформатора, мин.
1,3
120
1.75
15
10-3. Газовая защита трансформаторов
Одной из наиболее чувствительных защит, реагирующих
на повреждения внутри кожуха трансформатора, а также на
понижение уровня масла, является газовая защита.
Рис. 10-2. Установка газового реле на трансформаторе.
/ — кожух; 2 — обмотки и керн трансформатора; 3 — газовое
реле; 4 - расширитель.
Как показал опыт, всякие повреждения внутри трансфор-
матора сопровождаются более или менее интенсивным газо-
образованием и движением масла. Это явление легло в основу
создания газовых защит. Основной частью последних является
газовое реле.
Оно устанавливается на патрубке между кожухом транс-
форматора и его расширителем (рис. 10-2).
Устройство реле типа ПГ-22 показано на рис. 10-3. Оно
состоит из кожуха 1, заполненного маслом, и крышки 2, на
которой укреплена неподвижная стойка 3. К стойке 3 кре-
пятся верхний 4 и нижний 5 поплавки, которые представляют
собой полые металлические цилиндры. Поплавки крепятся
к стойке шарнирно с помощью оси. На каждом поплавке
Укреплена пара ртутных контактов 5, помещенных в запаян-
283

ные стеклянные баллончики. Плавая в масле, поплавки, как
показано на рисунке, занимают свое верхнее положение,' при
котором их контакты остаются разомкнутыми. Степень пла-
вучести поплавков регулируется грузами 7.
При слабом газообразовании, которым сопровождаются
незначительные повреждения, газы, скапливаясь под крыш-
кой реле, постепенно вытесняют масло из корпуса. Верхний
поплавок 4 под действием силы тяжести опускается и замы-
кает контакты, которые выведены на крышку реле с помощью
Рис. 10-3. Устройство газового реле,
/—кожух; 2—крышка; 3 — неподвижная стойка; 4 и 5—по-
плавки; 6 — ртутные контакты; 7 — грузы.
гибких проводников. Верхний поплавок дает импульс на сиг-
нал, свидетельствующий о возникшей в трансформаторе не-
нормальности.
При значительном повреждении в трансформаторе, кото-
рое сопровождается интенсивным нагревом, происходит бур-
ное газообразование. Газы устремляются в расширитель и со-
здают повышенное давление внутри кожуха, в результате че-
го масло по патрубку устремляется в расширитель. Этот по-
ток масла давит на находящийся на его пути нижний попла-
вок 5, который опрокидывается и, замыкая свои контакты,
дает импульс на отключение трансформатора. Таким обра-
зом, чувствительность нижнего поплавка определяется ско-
ростью потока масла, достаточной для его опрокидывания.
Реле срабатывает при снижении уровня масла в трансфор-
маторе, причем сначала срабатывает верхний, а затем ниж-
ний контакты. Схемы газовой защиты на оперативном посто-
284

янном и переменном токе приведены на рис. 10-4 и 10-5. Цепь
отключения от нижнего поплавка имеет самозалипание, что-
бы фиксировать кратковременное срабатывание реле.
Газовая защита может действовать не только при повре-
ждениях в трансформаторе. Так, после доливки масла в
Рис. 10-4. Схема газовой защиты трансформатора на оператив-
ном постоянном токе.
\от тр-ра
^напряжны
Рис. 10-5. Схема газовой защиты трансформатора на оперативном
переменном токе.
трансформатор вместе с маслом иногда попадает воздух, ко-
торый, скапливаясь под крышкой реле, может вызвать лож-
ное срабатывание газовой защиты. Поэтому при появлении
сигнала «газовая защита» дежурный персонал должен взять
пробу газа из реле. Для этой цели на крышке реле имеется
специальный кран. Газ, появляющийся вследствие поврежде-
ния, всегда имеет цвет и запах.
285

Нижний поплавок дает ложные срабатывания, если поток
масла в патрубке, не вызванный внутренним повреждением,
окажется достаточным для опрокидывания поплавка. Это мо'
жет иметь место при внешних коротких замыканиях, когда по
обмоткам протекают сверхтоки, нагревающие обмотку и мас-
ла вызывая расширение последнего. Опыт энергосистем и
ОРГРЭС показывает, что для исключения ложных срабаты-
ваний реле при отсутствии внутренних повреждений попла-
вок должен быть отрегулирован грузами 7 (см. рис. 10-3)
таким образом, чтобы он опрокидывался потоками масла,
имеющими скорость не менее 0,5-Н м/сек.
При монтаже реле необходимо выполнение следующих
требований. Провода, соединяющие контакты реле с крыш-
кой, и контрольные кабели схемы должны иметь бумажную
изоляцию, так как резина разрушается под действием масла.
Поплавки следует проверять на герметичность, например пу-
тем погружения их в горячее масло, создающее внутри из-
быточное давление. Крышка и патрубок трансформатора дол-
жны иметь уклон 1,5—3% при полном отсутствии выступа-
ющих частей (см. рис. 10-2), чтобы обеспечить беспрепят-
ственный проход газов в расширитель. Из-за невыполнения
перечисленных требований на практике наблюдалось большое
количество ложных срабатываний газовой защиты.
В настоящее время предложена (инж.. М. Е. Милаков,
Горэнерго) конструкция газового реле, у которого нижний по-
плавок заменен лопастью, расположенной поперек потока
масла. Под действием потока лопасть поворачивается, и при-
крепленные к ней ртутные контакты замыкаются. При сни-
жении уровня масла лопасть остается в первоначальном по-
ложении и нижние контакты не замыкаются, т. е. в этом
случае действует только сигнальный контакт верхнего по-
плавка.
Достоинством газовой защиты являются: простота устрой-
ства, высокая чувствительность к внутренним повреждениям,
что особенно важно при витковых замыканиях и пожаре же-
леза, к которым иные защиты либо не чувствительны вообще,
либо (при витковых замыканиях) обладают плохой чувстви-
тельностью.
Недостатком газовой защиты является возможность лож-
ной работы при выделении воздуха из масла, выбросах масла,
вызванных сверхтоками внешних коротких замыканий, и по
другим причинам. Поэтому после доливки масла в трансфор-
матор газовую защиту на 2—3 дня включают так, чтобы она
действовала только на сигнал; за это время захваченный
маслом воздух выделится.
Указанные недостатки заставляют снабжать трансформа-
торы еще одной защитой, реагирующей на внутренние пов-
реждения: дифференциальной или токовой отсечкой.
286

«Правила устройства электроустановок» предлагают осна-
щать газовой защитой в обязательном порядке трансформа-
торы мощностью свыше 7500 ква и допускают ее установку
для трансформаторов 1000—5000 ква, имеющих быстродей-
ствующие защиты.
При наличии дифференциальной защиты или токовой от-
сечки допускается действие газовой защиты только на сиг-
нал. Для внутрицеховых понижающих трансформаторов га-
зовая защита устанавливается независимо от наличия бы-
стродействующей защиты.
10-4. Токовая отсечка
Защита трансформаторов с односторонним питанием от
повреждений на выводах, а также от внутренних поврежде-
ний часто осуществляется с помощью токовой отсечки (рис.
10-6). Полное сопротивление трансформатора достаточно ве-
Риа 10-6. Схема токовой отсечки трансформатора (а); зона действия:
токовой отсечки (б).
лико, поэтому при коротких замыканиях ток со стороны пи-
тания (точка К-1) значительно превышает ток короткого за-
мыкания за трансформатором (точка К-2). Это дает возмож-
ность установить со стороны питания токовую отсечку по*
схеме рис. 10-6, которая может быть выполнена как на базе
электромагнитных реле типа ЭТ-520, так и на базе электро-
магнитных элементов индукционных реле типа ИТ-80, если
28?

последние используются для защиты от токов внешних корот-
ких замыканий (см. ниже).
Ток срабатывания отсечки выбирается из условий от-
стройки от тока короткого замыкания за трансформатором,
т. е. в точке К-2. Кроме того, отсечка должна быть отстро-
ена от бросков тока намагничивания, чтобы не действовать
ложно при включении трансформатора. Практически 1с,о
имеет при этом значение порядка (4-f 5)/*<,*. Таким образом,
ток срабатывания выбирается из двух условий:
* со > Кн'кз.к—2 И 1С%0 > * нам. max » (10-3)
где kH принимается равным 1,2—1,5.
Тот факт, что ток трогания защиты удовлетворяет нера-
венству
1к-1>1с.о>1К-2, (Ю-4)
обусловливает защиту только части обмотки трансформатора
(рис. 10-6,6). Остальная часть обмотки, также как и выводы
со стороны нагрузки, обеспечиваются защитами от внешних
коротких замыканий, действующих с выдержкой времени.
В зону отсечки входят выводы и шины со стороны пита-
ния до места установки трансформаторов тока. Для сетей
с глухозаземленной нейтралью отсечка выполняется трех-
фазной, при изолированной нейтрали — двухфазной.
Достоинством отсечки является ее простота и быстродей-
ствие; недостатком — неполный охват обмоток зоной своего
действия.
Дополненная газовой защитой и защитой от внешних ко-
ротких замыканий, отсечка обеспечивает надежную защиту
трансформатора, поэтому «Правилами устройства электро-
установок» предусматривается установка токовой отсечки на
понижающих трансформаторах мощностью 1000—5600 квау
работающих одиночно. Отсечка действует на отключение всех
выключателей трансформатора.
10-5 Продольная дифференциальная защита трансформаторов
Принцип действия дифференциальной защиты
трансформаторов не отличается от принципа действия ана-
логичных защит линий и генераторов. В зону защиты входят
обмотки трансформатора и его выводы до выключателей. На
рис. 10-7 показан принцип действия дифференциальной за-
щиты двухобмоточного трансформатора. При коротком за-
мыкании вне зоны (точка К-1\ вторичные токи // и /// пока-
заны сплошными линиями) ток в реле fp = h — ///. При ко-
ротком замыкании в зоне (точка К-2) ток в реле /р = // 4- ///
(// и /я показаны пунктирными линиями). Зона действия
288

дифференциальной защиты должна включать в себя выводы
я шины до места установки выключателей.
Для трехобмоточных трансформаторов схема принципи-
ально ничем не отличается, но добавляется подпитка диффе-
ренциальных цепей от трансформаторов тока на выводах тре-
тьей обмотки. На рис. 10-8 показана схема дифзащиты и то-
кораспределение в ней для трехоб-
моточного трансформатора с двух-
сторонним питанием. На рис. 10-8,
а — замыкание вне зоны, на рис.
10-8, б — замыкание в зоне. При
замыкании вне зоны ^=ЛтЬ^з—^2»
при замыкании в зоне /^Д-Ь/з.
В общем случае первичные токи
трансформаторов не равны вторич-
ным, а соединение вторичных об-
моток не соответствует соединению
первичных. Для того, чтобы ток
в реле при нормальных режимах
и внешних коротких замыканиях
был близок к нулю, необходимо до-
биться, чтобы вторичные токи
трансформаторов тока первичной
и вторичной сторон, циркулирую-
щие в схеме, были равны по моду-
лю и совпадали по фазе.
Это достигается подбором ко-
эффициентов трансформации транс-
форматоров тока, выбором их схемы соединения, соответ-
ствующей группе соединения трехфазного трансформатора,
дополнительным выравниванием токов в схеме.
Выбор схемы соединения вторичных обмо-
ток трансформаторов тока производится следую-
щим образом.
Силовые трехфазные трансформаторы обычно имеют та-
кие группы соединений: А/Д —И» А/Д —U Ао/А~ 12, Ао/А
— 6 и т. д. В соответствии с этим ток со стороны вторичной
обмотки имеет сдвиг по фазе по отношению к току в первич-
ной обмотке на — 30°, +30°, 0°, 180° и т. д. Для того, чтобы
ток в реле был равен нулю, надо, чтобы при равенстве абсо-
лютных значений вторичные токи в цепях трансформаторов
тока с первичной и вторичной стороны совпадали по фазе.
Для этого вторичные обмотки трансформаторов тока соеди-
няются таким образом, чтобы сдвиг фаз, обусловленный
группой соединения силового трансформатора, был скомпен-
сирован. Схема на рис. 10-9 является примером соединений
вторичных обмоток трансформаторов тока дифференциаль-
ной защиты трехфазного двухобмоточного трансформатора
Рис. 10-7. Принцип работы
дифференциальной защиты
трансформаторов.
Сплошные линии — токи при к. з
вне зоны, пунктир — токи прн
к. з. в зоне.
39 М. В. Титаренко и И. А. Носков-Дукельськпй
289

с группой соединений Ао/А~ П. Подробно повреждения за
трансформатором с таким соединением обмоток рассмотрены
в § 2—7. Если со стороны первичной звезды соединить вто-
литание
Ш
питание
КЯ
л_
Т^ г=7|
4ez
I*
m:
-f питание
M
L@l
i*
хлитаиие
a
Рис* 10-8. Принцип действия дифференциальной защиты трехобмоточногс
трансформатора:
а — к, з. вне зоны; б — к. з. в зоне.
Рис. 10-9. Токораспределение и векторные диаграммы токов в цепях
трансформатора.
ричньге обмотки трансформаторов тока в треугольник, а со
стороны треугольника — в звезду, то тогда при нормальной
работе и внешних коротких замыканиях в цепи дифференци-
альных реле ток протекать не будет. Для трехобмоточногс
290

трансформатора принцип компенсации фазы не меняется, но
учитывается схема соединений третьей обмотки.
В случае глухо заземленной нейтрали со стороны звезды,
как показано на рис. 10-9, а, при замыкании на землю с этой
стороны в обмотках трансформатора протекают значитель-
ные токи нулевой последовательности. В этом случае соеди-
нение трансформаторов тока со стороны звезды в треуголь-
ник исключает проникновение токов нулевой последователь-
ности в схему защиты. Они замыкаются в треугольнике
трансформаторов тока, и дифференциальная защита ложно
не срабатывает. При группе соединений силового трансфор-
матора Ло Л— 12, хотя и не требуется компенсация сдвига
фаз, по вышеуказанной причине трансформаторы тока с обе-
их сторон целесообразнее соединять в треугольник.
Недостатком соединения трансформаторов тока в тре-
угольник является то, что токи в цепях увеличиваются в 1^3
раз по сравнению с токами в фазах. Это увеличивает нагруз-
ку на трансформаторы тока, повышает ток небаланса и пони-
жает чувствительность защиты.
Выбор коэффициента трансформации тран-
сформаторов тока производится по номинальному
току силового трансформатора с учетом схемы соединения
трансформаторов тока.
Линейные токи силового трансформатора независимо от
» i Shom nrwn
схемы соединении определяется как и.ном = г-= для
У о ил. ном
каждой стороны.
В случае двенадцатой или шестой групп соединений сило-
вого трансформатора расчетный коэффициент трансформа-
ции определится как
п„ = !±™т (Ю-5)
При группах соединения л/А со стороны звезды должно
быть учтено увеличение тока за счет соединения трансфор-
маторов тока в треугольник. Так, для случая, представленного
на рис. 10-9, коэффициент трансформации трансформаторов
тока со стороны треугольника силового трансформатора оп-
ределится по (10-5), а со стороны звезды
пТГк=*Щ^- (Ю-6)
Поскольку трансформаторы тока, выпускаемые отече-
ственной электропромышленностью, стандартизованы, то
фактический коэффициент трансформации принимается как
ближайший больший по стандарту к расчетному. При этом
токи в цепях дифференциальной защиты могут оказаться не
равными, и их приходится дополнительно выравнивать.
19'
291

Выравнивание токов в цепях дифференциальной
защиты может быть произведено при помощи промежуточ-
ных автотрансформаторов AT, подключаемых, как показано
на рис. 10-10, для одной фазы. Коэффициент трансформации
автотрансформатора выбирается по отношению фактических
токов со стороны звезды и треугольника:
пАТ~-
h
/л
(Ю-7)
Рис. 10-10. Схема включения
автотрансформатора для вы-
равнивания токов в цепях диф-
ференциальной защиты.
При трехобмоточных транс-
форматорах автотрансформато-
торы устанавливаются со сторо-
ны двух обмоток силового транс-
форматора. Для силовых транс-
форматоров, имеющих регули-
ровку коэффициента трансфор-
мации под нагрузкой, все рас-
четы коэффициентов трансфор-
мации трансформаторов тока и
автотрансформатора ведутся по
среднему значению Пт-
Как будет показано ниже,
в настоящее время применяются
и иные способы выравнивания
токов в плечах защиты.
Токи небаланса дифференциальной защи-
ты. Несмотря на общность принципа действия продольной
дифференциальной защиты генераторов, линий и трансформа-
торов, в последнем случае токи небаланса в реле обычно зна-
чительно возрастают. Причины увеличения токов небалан-
са следующие.
1. Наличие тока намагничивания трансформатора 1нам-
Как известно из схемы замещения трансформатора, /// = // -—
— 1»ам- ТаКИМ ОбраЗОМ, 1р = (нам = // — Uh ЗдеСЬ // И /// —
токи первичной и вторичной обмоток трансформатора. Ска-
занное справедливо для любых трансформаторов, в том чис-
ле трансформаторов тока и автотрансформаторов, включа-
емых в схему дифференциальной защиты. Общий ток неба-
ланса, обусловленный токами намагничивания, будет слага-
ться из всех токов намагничивания элементов:
I
нб. нам
= /,
нам. Т
+ /,
нам. ТТ '
'нам. AT.
(10-8)
В нормальных режимах работы и при внешних коротких
замыканиях токи намагничивания составляют несколько про-
центов от номинального тока и на чувствительность зашиты
влияют мало. При включении трансформатора под напряже-
ние, как показано выше, железо трансформатора насыщается
292

я токи намагничивания резко возрастают, превышая иногда
номинальный ток в несколько раз.
2. Регулирование коэффициента трансформации силового
трансформатора нарушает равновесие токов, выбранное по
среднему значению пт. В реле появляется ток небаланса, обу-
словленный регулированием 1Нб.р. В нормальных режимах он
определяется процентом регулируемых витков в одну и дру-
гую сторону. Так, при регулировке в пределах ±10% ток не-
баланса составит 10% от номинального тока трансформато-
ра во вторичной цепи. При внешних коротких замыканиях ток
небаланса растет прямо пропорционально кратности тока и
при Ik^IOIhom будет равен 1нб.Р = 1ном.
3. Конструктивные различия и несовпадение характери-
стик намагничивания трансформаторов тока с первичной и
вторичной сторон трансформатора приводят к тому, что при
протекании сверхтоков внешних коротких замыканий появля-
ется ток небаланса, обусловленный неидентичностью характе-
ристик /«б.Х.
4. Для трехобмоточных трансформаторов с двухсторон-
ним питанием к этому добавляется еще неодинаковая крат-
ность тока по отношению к номинальному в разных груп-
пах трансформаторов тока, ибо при внешних коротких замы-
каниях через одну группу протекает сумма токов двух дру-
гих групп.
Суммарный ток небаланса в наиболее неблагоприятном
случае наложения погрешностей составит
1'нб. max = 1нб. нам + 1нб. р + 1нб.Х. (10-9)
В нормальных режимах общий ток небаланса невелик и
не влияет на чувствительность защиты. При внешних корот-
ких замыканиях, а также при включении трансформатора он
резко возрастает, существенно влияя на работу дифферен-
циальной защиты.
Способы выполнения дифференциальных
защит трансформ аторо в. Согласно вышеизложенно-
му, дифференциальная защита должна быть отстроена от то-
ков небаланса при нормальных режимах, при включении
трансформатора и при внешних коротких замыканиях. Кро-
ме того, во всех случаях защита должна удовлетворять тре-
бованиям чувствительности и быстродействия при коротких
замыканиях в зоне, а именно: иметь коэффициент чувстви-
тельности порядка 2,0 и работать без выдержки времени.
Эти требования могут быть удовлетворены одним из пере-
численных ниже способов.
Дифференциальная токовая отсечка (рис.
Ю-11). Этот способ характерен тем, что реле включается не-
посредственно в дифференциальные провода без каких-либо
пРомежуточных устройств. Уставка реле выбирается из усло-
293

вий отстройки от бросков тока намагничивания при включе-
нии трансформатора. Учитывая собственное время работы
схемы (0,04—0,06 сек.), следует принимать за исходное не
максимальное значение тока намагничивания, а значение с
учетом его затухания в течение этого времени.
Рис. 10-11. Дифференциальная токовая отсечка двухобмоточного
трансформатора.
Опытные данные свидетельствуют о том, что уставка
1сз = (2,5 -5-4) /ном. г оказывается достаточной. Правильность
выбранной уставки должна проверяться экспериментально,
путем нескольких включений трансформатора вхолостую. Вы-
бранный таким образом ток уставки обеспечивает отстрой-
ку от ложных срабатываний при обрывах проводов в цепи
дифференциальной защиты и от токов небаланса при внеш-
них коротких замыканиях, которые, как указывалось, на-
ходятся в пределах (1 -ь1,5) Lom.t- Достоинством дифферен-
циальной отсечки является ее простота. Недостатком — ма-
лая чувствительность из-за большого тока уставки. В част-
ности, отсечка плохо реагирует на виткозые замыкания в
трансформаторе. Для трансформаторов средней мощности
чувствительность дифференциальной отсечки оказывается в
большинстве случаев достаточной.
Использование БНТ для уменьшения брос-
ковтока намагничивания в реле. Чувствительность
дифференциальной защиты трансформатора удается значй-
294

тельно повысить при включении реле через промежуточные
быстронасыщающиеся трансформаторы токд (БНТ), которые
упоминались в предыдущих главах. При этом удается осу-
ществить отстройку от бросков тока намагничивания при
включении трансформатора, а также от бросков тока небалан-
са при внешних замыканиях. При коротких замыканиях
в зоне защита работает надежно.
Сказанное поясняется рис. 10-12. Как указывалось, БНТ
представляет собой трансформатор с ослабленным магнито-
ч
^g*fc.,*^*ym-
^28шрв
♦*я
*1Ш
t
Мши!*:
-AAA*
J26HT
лЛЛлллЛЛа-- —w
Рис. 10-12. а— характеристика работы БНТ при бросках тока намагни-
чивания; б — характеристика работы БНТ при к. з. в зоне; в — характер
трансформации тока намагничивания в БНТ.
проводом. Броски тока намагничивания имеют апериодиче-
ский характер. Из рис. 10-12, а видно, что при изменении
тока намагничивания от 0 до /нам. max магнитная индукция
в магнитопроводе меняется незначительно от Вт до В0. По
закону электромагнитной индукции э. д. с. вторичной обмот-
ки БНТ определится как
(10-10)
где w2 — число витков обмотки;
5 — сечение магнитопровода.
Вторичный ток *2= ~г зависит, таким образом, от из-
менения магнитной индукции магнитопровода. В рассматри-
ваемом случае это изменение незначительно, и ток t2 невелик.
Характер изменения первичного и вторичного тока БНТ при-
веден на рис. 10-12, е.
При коротком замыкании в зоне после затухания аперио-
дической слагающей тока переходного режима (1—2 периода)
характер тока короткого замыкания становится периодиче-
295

ским (рис. 10-12, б). В течение одного периода изменения на
магничивающего тока величина магнитной индукции меняет-
ся от +Вт до —Вт. Значение е2, а следовательно и fe, резке
возрастает, обеспечивая надежную работу реле.
При внешних коротких замыканиях ток небаланса воз-
растает в основном за счет появления апериодической состав
Рис. 10-13. Однолинейная схема дифференциаль-
ной защиты трансформатора с использова-
нием ВТН-561.
ляющей. Поскольку она трансформируется слабо, БНТ обес-
печивает надежную отстройку.
В настоящее время отечественной электропромышленно
стью освоено два типа БНТ: ВТН-561 и РНТ-562. Оба типа
снабжены дополнительными, так называемыми уравнитель-
ными обмотками, которые позволяют обеспечить выравнива-
ние токов плеч дифференциальной защиты без применения
специальных автотрансформаторов. На рис. 10-13 показана
одна фаза дифференциальной защиты двухобмоточного транс-
форматора с использованием ВТН-561. Для обеспечения в
нормальном режиме *2 = 0 надо, чтобы результирующий по-
ток был равен нулю.
Если /7 ф /Пу то /а =// — ///. Для обеспечения Ф -= О
необходимо выполнить условие
296

-^rp
£Щ
=*м
^'Vf
Iiwy-(lj — In)wd^Q, (10-11)
откуда
^y = (l-^7)^. (Ю-12)
Очевидно, если /// >//, правая часть выражения (10-12)
будет отрицательной, если /// <// — положительной. В со-
ответствии с этим полярность уравнительной обмотки должна;
быть противоположной
или согласной с диффе-
ренциальной обмоткой.
ВТН-561 поставляет-
ся в комплекте с токо-
вым реле типа ЭТ-561.
Ток срабатывания защи- I "fry^-1 * ^>™ю
ты регулируется изме-
нением числа ВИТКОВ диф- Рис. 10-14. Магнитопровод и распреде-
ференциальной обмотки. _ J££ £££ «^;^ференци.
ДЛЯ уДООСТВа регуЛИрОВ- а/ьная (рабочая) обмотка; WyI и Ъу11- пер-
КИ дифференциальная И вая и вторая уравнительные обмотки; WK1 -
уравнительная обмОТКИ короткозамкнутая обмотка.
снабжены отпайками.
Реле РНТ-562 представляет собой трехстержневой БНТ,
смонтированный в одном кожухе с реле типа ЭТ-520. Его
магнитопровод и расположение обмоток показаны на рис.
10-14. Принцип действия БНТ не отличается от описанного^
но имеет улучшенные характеристики за счет наличия коротко-
замкнутой обмотки. Короткозамкнутая обмотка позволяет по-
лучить дополнительное подмагничивание сердечника от апе-
риодической составляющей тока намагничивания силового
трансформатора или тока внешнего короткого замыкания. При
этом магнитопровод насыщается сильнее, и условия трансфор-
мации апериодической слагающей во вторичную обмотку ухуд-
шаются. Наличие двух уравнительных обмоток позволяет
использовать реле для защиты трехобмоточных трансфор-
маторов. Схема включения реле РНТ-562 для защиты од-
ной фазы трехобмоточного трансформатора приведена на
рис. 10-15. e rr —
Встроенное реле имеет фиксированную настройку и тр —
= 1,56 б, что соответствует рабочей индукции БНТ поряд-
ка 12500 гс. „
Ток трогания реле при использовании только рабочей об-
мотки лежит в пределах 12—13 а. Коэффициент возврата
(совместно с трансформатором) равен 0,75 0,77.
БНТ позволяет значительно повысить чувствительность
защиты по сравнению с дифференциальной отсечкой. Опыт
показал, что выбор тока срабатывания защиты 1СЗ порядка
(0,8-г-1,0)/«сш т обеспечивает надежную отстройку защиты
29Г

от бросков тока намагничивания и токов небаланса при
внешнем коротком замыкании.
Использование реле с торможением для
дифференциальной защиты трансформаторов.
Для трансформаторов, имеющих регулировку напряжения под
нагрузкой, а также для многообмоточных трансформаторов
Рис. 10-15. Выполнение дифференциальной защиты трехобмоточ-
ного трансформатора при помощи реле РНТ—562.
токи небаланса в нормальных режимах могут быть весьма
значительными. Отстройка от них при внешних коротких за-
мыканиях, когда эти токи резко возрастают, даже при на-
личии БНТ требует загрубления защиты до тока срабатыва-
ния, равного иногда (3-т4) /ном. г-
Увеличение чувствительности в этих случаях может быть
достигнуто применением реле с торможением. Принцип тор-
можения был рассмотрен выше (см. гл. 5). Схема, использу-
ющая этот принцип применительно к дифференциальной за-
щите трансформатора, изображена на рис. 10-16. Реле имеет
рабочую Р и тормозные Т обмотки. При коротком замыка-
нии вне зоны, как видно из рис. 10-16, а, токи в тормозных
обмотках велики и направлены согласно, а ток в рабочей об-
мотке, включенной в дифференциальный провод, равен току
небаланса. При коротком замыкании в зоне ток в рабочей
обмотке равен сумме токов в плечах, а токи в тормозных
298

обмотках направлены встречно (рис. 10-16,6). Это различие
в токораспределении при коротком замыкании в зоне и вне
ее было использовано для создания отечественных конструк-
ций реле с торможением.
Реле с торможением индукционного типа
ИДБ-211 применяется для защиты двухобмоточных транс-
форматоров. Оно имеет магнитопровод и расположение об-
моток такие, как показано на рис. 10-17, а. Магнитные по-
С
£
}-—<\/vw—5
Рис. 10-16. Распределение токов в рабочей и тормозных обмотках
реле с торможением:
а — к. з. вне зоны; б — к. з. в зоне.
токи замыкаются через алюминиевый барабанчик, располо-
женный на оси внутри крестовины магнитопровода. С бара-
банчиком связана пара нормально открытых контактов. Ток
в рабочей обмотке создает магнитные потоки, сдвинутые в
пространстве на 90° (за счет разделения обмотки на две
части и соответствующего ее расположения на магнитопро-
воде). Дополнительная обмотка Д обеспечивает за счет вклю-
чения цепочки RC фазный сдвиг между отдельными частями
потока на 90°. Вращающий момент рабочей обмотки, действу-
ющий на барабанчик в соответствии с принципом работы
однофазного индукционного двигателя, стремится повернуть
его в сторону замыкания контактов. Создаваемый анало-
гичным образом момент тормозных обмоток поворачивает
барабанчик в противоположную сторону. При внешних ко-
ротких замыканиях ток в рабочей обмотке мал, а в тормоз-
ных обмотках велик, противодействующий момент больше
рабочего, и реле не работает. При коротких замыканиях в
зоне рабочий момент становится больше противодействую-
щего, реле срабатывает и замыкает свои контакты. Зависи-
мость тока в рабочей обмотке от тока в тормозной обмотке
299

IPa6^f (1тоРм) называется характеристикой торможения ре^
ле. На рис. 10-17,6 приведены тормозные характеристики
реле ИДБ-211. Их крутизна, определяемая так называемым
коэффициентом торможения, т. е. отношением ординаты к
абсциссе в процентах для любой точки, зависит от угла
сдвига фазы между тормозным и рабочим током (угол о).
!3ȣ
ум
)
ю
5
^
~^
г£^
^-~
/
fy
/4
10
5
15 ?т(а)
Рис. 10-17. Схема расположения обмоток на м а гнито проводе реле
ИДБ-211 (а); тормозные характеристики реле ИДБ-211 А (б):
1 -а- 60°; 2 - а = 0°; 3 — а = 180°; 4 - а = — 60°.
При разных а характеристика торможения разная, коэффи-
циент торможения колеблется в пределах 25—40%. Чтобы
предотвратить появление в рабочей обмотке бросков тока
намагничивания при включении трансформатора йот апериоди-
ческих токов при внешних коротких замыканиях, что может
повлечь за собой ложную работу реле, эта обмотка включа-
ется через БНТ типа ВТН-561.
Схема защиты трансформатора с использованием реле
ИДБ-211 и ВТН-561 приведена на рис. 10-18.
За последние годы в СССР (в Новочеркасском политех*
ническом институте) разработаны и освоены электропро-
мышленностью новые типы реле, в которых использован прин-
цип торможения: реле с магнитным торможением типа ДЗТ,
Эти реле применимы для защиты двух- и многообмоточных
трансформаторов и обеспечивают правильную работу защиты
при внешних коротких замыканиях и включениях трансфор-
матора.
В качестве примера на рис. 10-19 приведена схема уст-
ройства и характеристики реле типа ДЗТ-1. Реле предназна-
чается для дифференциальной защиты одной фазы двухобмо-
точных и трехобмоточных силовых трансформаторов, обес-
чоо

печивая получение тормозных характеристик от одной группы
измерительных трансформаторов, т. е. имеет одну тормозную
обмотку.
Реле ДЗТ-1 состоит из исполнительного органа, представ-
ляющего собой электромагнитное реле типа ЭТ-521/0,2, и
одного промежуточного быстронасыщающегося трансформа -
Рис. 10-18. Защита одной фазы двухобмоточного трансформатора
с помощью реле ИДБ-211 А:
/ — BTH-561; 2 — ИДБ-211А.
гора (БНТ), который выполнен трехстержневым. Схема рас-
положения обмоток и распределения потоков приведена на
рис. 10-19. На среднем керне расположена дифференциальная
(рабочая) обмотка и две уравнительные У/ и У п. На крайних
кернах размещены вторичная В и тормозная Т обмотки. Тор-
мозная и вторичная обмотки разбиты на две секции с равным
количеством витков и расположены посекционно на крайних
кернах, как показано на рисунке. При появлении тока в тор-
мозной обмотке в магнитопроводе наводится магнитный по-
ток Фт, который замыкается по крайним кернам. Во вторич-
ной обмотке этот поток не индуктирует э. д. с, поскольку обе
секции этой обмотки {Вх и В2) оказываются включенными
встречно.
Уравнительные обмотки У/ и У и служат для компенсации
различия в коэффициентах трансформации трансформаторов,
т. е. выполняют роль автотрансформатора в схеме рис. 10-10.
Они включаются так, как показано на рис. 10-19, а число их
витков регулируется в широких пределах с помощью измене-
ния положения штекеров на ответвлениях.
301

Рабочая обмотка Р создает магнитный поток Фр, который
индуктирует в обеих секциях вторичной обмотки э. д. с, дей-
ствующие согласно. Эти э. д. с. обусловливают протекание
тока в реле.
При протекании по тормозной обмотке тока внешних ко-
ротких замыканий магнитопровод БИТ насыщается. При
Г\
Рис. 10-19. Принцип действия реле ДЗТ-1 при защите
трехобмоточного трансформатора.
этом возрастает его магнитное сопротивление R^ Поток ра-
бочей обмотки Фр= -^-^ при возрастании R^ уменьша-
ется, и э. д. с. вторичной обмотки е2= ^ также умень-
шается, т. е. условия трансформации тока из рабочей и урав-
нительной обмоток во вторичную ухудшаются. Поскольку
при внешних коротких замыканиях этот ток является током
небаланса, то его величина в реле оказывается малой и ре-
ле не работает.
При коротком замыкании в зоне ток рабочей обмотки
оказывается достаточным для срабатывания реле. Таким
образом, при малых токах в рабочей обмотке и больших в тор-
мозной, что характерно для внешних коротких замыканий,
реле не работает; при больших токах в рабочей обмотке реле
работает. Зависимость намагничивающей силы рабочей об-
мотки от намагничивающей силы тормозной обмотки показа-
на на рис. 10-20. На графике видны зона работы реле / и зо-
на торможения //. Зона III может быть зоной работы или
302

ггоо
юоо
300
600
оОО
200
•Раб.
J
/ ш
Торм.
П
/
торможения в зависимости от сдвига фаз между рабочим и
тормозным током (а). Коэффициент торможения находится
в пределах 40—60% и имеет практически постоянную вели-
чину в рабочем диапазоне.
Наличие БНТ предотвращает ложную работу реле при бро-
сках тока намагничивания.
Отечественная промыш-
ленность выпускает также
реле типа ДЗТ-3 и ДЗТ-4,
которые в принципе не от-
личаются от ДЗТ-1, но
имеют вместо одной соот-
ветственно три или четыре
тормозных обмотки, вклю-
чаемые на три или четыре
группы измерительных транс,
форматоров. Эти реле удоб-
ны для защиты многообмо-
точных трансформаторов.
Контроль цепей
дифференциальной
защиты. В случае обры-
ва одного из плеч диффе-
ренциальной защиты в диф-
ференциальных проводах по-
являются значительные то-
ки небаланса, равные (0,5-г
т-1)//ю<ь которые при внеш-
них коротких замыканиях еще больше возрастают и могут по-
влечь ложную работу защиты. Для сигнализации обрыва
плеча защиты, в случае ее трехфазного исполнения и соеди-
нения силового трансформатора по схеме А/А, может быть
установлено реле контроля токовых цепей, включаемое так,
как показано на рис. 10-21 (предложение инж. Н. Л. Сахнов-
ского). Реле контроля выполняется на базе ЭТ-521 с тремя
обмотками (две наматываются дополнительно) с соотноше-
нием витков 5:2: 1. Реле реагирует на токи (0,04 -f- 0,2) 1раб
и действует на сигнал.
Оценка дифференциальных защит транс-
форматоров. Достоинствами дифференциальной защи-
ты является ее быстродействие и селективность. Она являет-
ся основной в случае короткого замыкания на выводах транс-
форматора и резервной при повреждениях внутри кожуха
(основной в этом случае следует считать газовую защиту).
Согласно «Правилам устройства электроустановок», диф-
ференциальная защита предусматривается для одиночно ра-
ботающих трансформаторов мощностью 7500 ква и более, а
также для трансформаторов, работающих параллельно, мощно-
200
<ЮО 600 ffWn
Рис. 10-20. Тормозные характеристики
реле ДЗТ-1.
303

стью 5600 ква и выше. Дифференциальная защита может
быть установлена также на трансформаторах мощностью
1000—5000 ква, если токовая отсечка не удовлетворяет тре-
бованиям чувствительности, максимальная токовая защита
имеет выдержку времени более 0,5 сек. и отсутствует газовая
защита.
На сиеиаг
Рис. 10-21. Контроль исправности цепей дифферен-
циальной защиты.
Защита должна быть надежно отстроена от бросков тока
намагничивания и токов небаланса при внешних коротких за-
мыканиях и иметь коэффициент чувствительности k4 > 2, ко-
торый проверяется по токам короткого замыкания на вы-
водах.
Дифференциальная отсечка является наиболее простым
способом выполнения дифференциальных защит. Вопрос о
применении БНТ должен решаться с учетом свойств основ-
ных трансформаторов тока защиты, т. е. степени их насыще-
ния в переходном режиме. В том случае, если основные ТТ
насыщаются и плохо трансформируют апериодическую со-
ставляющую, установка БНТ не требуется. Область приме-
нения дифференциальных отсечек может быть расширена пу-
тем включения в дифференциальную цепь добавочных сопро-
тивлений, что может улучшить отстройку от бросков тока на-
магничивания.
Только в том случае, когда чувствительность дифференци-
альной отсечки недостаточна, следует устанавливать БНТ,
304

яомня, что их включение понижает надежность схемы диффе-
ренциальной защиты и может быть оправдано только острой
необходимостью.
В случае многообмоточных трансформаторов с регулиро-
ванием коэффициента трансформации под нагрузкой, когда
иные способы выполнения не отвечают требованиям чувстви-
тельности, следует применять реле с тормозными характери-
стиками типа ДЗТ, которые, однако, являются дорогостоя-
щим и громоздким элементом.
Реле ИДБ-211 по сравнению с реле ДЗТ имеют ухудшен-
ные тормозные характеристики, что видно из сравнения рис.
10-17 и рис. 10-20. Кроме того, они не имеют собственной
отстройки от бросков тока намагничивания и должны приме-
няться в сочетании с БНТ типа ВТН-561, что усложняет схе-
му. Учитывая перечисленные недостатки, эти реле в настоящее
время к использованию не рекомендуются.
Следует отметить, что в СССР была проделана большая
работа по совершенствованию дифференциальных защит
трансформаторов, которая привела к разработке описанных
выше реле. Это позволило добиться в настоящее время почти
100-процентной правильности работы дифференциальных
защит.
10-6. Защита от сверхтоков
Общие сведения. Для защиты от сверхтоков при
внешних коротких замыканиях используется фильтровая за-
щита отрицательной последовательности и максимальные
токовые защиты с пуском или без пуска минимального на-
пряжения. Защита должна действовать при отказе защит
смежного элемента сети, на котором произошло короткое за-
мыкание. Следовательно, она должна иметь выдержку време-
ни на ступень большую, чем выдержка времени резервных
защит смежного элемента электрической сети. Необходимо,
чтобы защита не запускалась при максимально возможных
токах нагрузки, но срабатывала при минимально возможном
токе короткого замыкания на смежном элементе электриче-
ской схемы. Коэффициент чувствительности при этом должен
быть порядка 1,5. Для выполнения указанных условий защи-
та двухобмоточных трансформаторов от сверхтоков должна
устанавливаться со стороны основного питания и действовать
на отключение обоих выключателей. Если простая макси-
мальная защита не подходит по чувствительности, что чаще
всего бывает у повышающих трансформаторов, то устанав-
ливается фильтровая защита отрицательной последовательно-
сти или максимальная токовая защита с пуском минимально-
го напряжения.
У многообмоточных трансформаторов защита, как прави-
ло, устанавливается со всех сторон, имеющих выключатели.
20 М. В, Тптаренко и И. А. Носков-Дукельский
305

Она должна отключать только свой выключатель при корот
ком замыкании на присоединенном к нему элементе.
Максимальная токовая защита. Максимальная
токовая защита понижающего двухобмоточного трансформа-
тора изображена на рис. 10-22 и не требует пояснений. Защита
устанавливается в трехфазном или двухфазном исполнении.
Она должна надежно срабатывать при всех видах междуфаз-
ных коротких замыканий за тоансформатором, поэтому при
Рис. 10-22. Максимальная токовая защита двухобмоточ-
ного трансформатора.
работе в сети с глухозаземленнои нейтралью предпочтение
отдается трехфазной схеме, а в сети с изолированной ней-
тралью — двухфазной схеме.
Ток срабатывания выбирается из условий макси-
мально возможного тока нагрузки. Максимальный ток возни-
кает обычно как следствие ненормального режима: отключе-
ние параллельно работающего трансформатора, самозапуск
двигателей, питаемых от трансформатора, наброс нагрузки
при действии АВР и т. д.
Отключение параллельно работающего трансформатора
равной мощности при полной нагрузке дает/«. max = 21т.ноли
самозапуск двигателей дает ток, определяемый выражением
(12-6) (см. ниже); подключение соседней секции от АВР мо-
жет вызвать /«. max порядка 21н. раб-
Ток срабатывания защиты будет определяться выраже-
нием
* ся — "
' *н. шах*
(10-13)
При определениии коэффициента чувствительности в каче
стве тока короткого замыкания следует принимать его зна
306

чение при минимальном режиме: включены все параллельно
работающие трансформаторы, режим питающей сети мини-
мальный. В этом случае должно удовлетворяться условие
А,= ^?> 1,4 4- 1,5. (10-14)
/«. шах
Защита может выполняться и на базе реле с ограниченно
зависимой выдержкой времени типа ИТ, если установка та-
,Рис. 10-23. Максимальная токовая защита трансформатора
с блокировкой минимального напряжения.
кой защиты позволяет ускорить отключение повреждения в
трансформаторе или на шинах.
Выдержка времени защиты устанавливается по ус-
ловию отстройки от защиты смежного элемента:
tT = t9+ A/.
(10-15)
Максимальная токовая защита с пуском
минимального напряжения. В тех случаях, когда
максимальная токовая защита не удовлетворяет условиям
чувствительности, ее дополняют блокировкой минимального
напряжения (рис. 10-23). В этом случае отпадает необходи-
мость отстраивать защиту от максимально возможных токов
длительной перегрузки, поскольку они не сопровождаются
снижением напряжения, и представляется возможным выби-
рать уставку по номинальному току. Блокировка устанавли-
20*
307

вается со стороны основного питания. Ее уставка по напря-
жению рассчитывается по общепринятой формуле:
Чувствительность защиты определяется по току и напря
жению:
, __ 1кз. min . k __ Ucp (\(\ Л7\
IT. ном и кз. шах J
Оба коэффициента чувствительности должны быть не менее
1,4—1,5. Если коэффициент чувствительности по напряжению
окажется ниже допустимого, иногда устанавливается допол-
нительная блокировка напряжения со стороны нагрузки
(пунктир на рис. 10-23). Однако это ведет к усложнению за-
щит. Реле блокировки включаются на линейные напряжения.
Фильтровая защита отрицательной после-
довательности. Эта защита устанавливается на двух-
обмоточных трансформаторах с двухсторонним питанием и
обеспечивает высокую чувствительность при внешних корот-
ких замыканиях. По своему принципу и исполнению она не
отличается от описанной в девятой главе. В тех случаях, когда
эта защита устанавливается на стороне высшего напряже-
ния трансформатора, работающего в сети с большим током
замыкания на землю, следует либо применить фильтр токов
отрицательной последовательности с трехобмоточным транс-
форматором и компенсацией тока нулевой последовательности,
либо приключить рассматриваемый фильтр к трансформато-
рам тока, соединенным в треугольник.
Защита многообмоточных трансформато-
ров. Максимальная токовая защита многообмоточных транс-
форматоров должна обеспечивать отключение только того
выключателя, со стороны которого произошло короткое замы-
кание. Это необходимо для сохранения в работе трансфор-
матора и нормального питания нагрузки через третью об-
мотку, со стороны которой повреждения не было.
Для трехобмоточных трансформаторов с односторонним
питанием это достигается путем установки отдельных защит
с каждой стороны (рис. 10-24, а). Выдержки времени защит
выбираются так, чтобы t\ было больше t2 и t3. Тогда в случае
короткого замыкания на стороне 2 или 3 выключатель отклю-
чается с выдержкой времени, на ступень большей, чем выдер-
жка времени соседнего элемента (линии или шин). В случае
отказа защиты 2 или 3 их резервирует защита 1 с питающей
стороны, имеющая выдержку времени, на ступень большую,
чем защиты 2 и 3. Такие же условия селективности могут
быть обеспечены, если не устанавливать защиты с одной из
сторон. Тогда со стороны основного питания защита должна
308

иметь две выдержки времени (рис. 10-24,6); с меньшей вы-
держкой она должна отключать выключатель, на котором
защита отсутствует.
При двух- или трехстороннем питании многообмоточного
трансформатора изложенными методами обеспечить селек-
тивность нельзя, так как если защита выполнена по схеме
ОН
Рис 10-24. Максимальная токовая защита трехобмоточного трансфор-
матора.
а — на трех выключателях; б — на двух выключателях.
рис. 10-24, а, то требования селективности при коротком за-
мыкании со стороны 2 будут противоречить требованиям селек-
тивности при коротком замыкании со стороны 1. Для обеспече-
ния правильной работы защит в этом случае следует использо-
вать токовые направленные защиты.
Аналогично схеме, показанной на рис. 10-24, а, выполня-
ется защита двухобмоточного понижающего трансформатора,
питающего две секции сборных шин через отдельные выклю-
чатели, т. е. так же, как и в случае трехобмоточного транс-
форматора защиту устанавливают на каждом присоединении,
имеющем выключатель.
Совмещение функций защиты от внешних и
внутренних повреждений. Защиту от токов, обу-
словленных внешними короткими замыканиями, допускается
предусматривать только для резервирования защит смежных
элементов. Однако в большинстве случаев данная защита
резервирует также защиты от внутренних повреждений. Это
особенно относится к трансформаторам мощностью менее
1000 ква, которые являются, как правило, одним из послед-
309

них элементов электрической схемы (от источника питания).
Эти трансформаторы, имеющие обычно вторую или третью
ступень выдержки времени, обладают малыми расчетными
временами срабатывания максимальной токовой защиты.
При времени действия, меньшем 1 сек., на этих трансформа-
торах допускается не устанавливать токовую отсечку от внут-
ренних повреждений, так как минимальная токовая защита
Рис. 10-25. Максимальная токовая защита двухобмоточного трансфор-
матора с ускорением минимального напряжения:
а — схема защиты; б — зона отсечки.
будет одновременно защитой от внутренних и внешних по-
вреждений.
Примером защиты, совмещающей эти функции, т. е. пре-
дохраняющей от внутренних и внешних повреждений, может
служить защита, изображенная на рис. 10-25, а. Она является
максимальной токовой с ускорением от мини-
мального напряжения и работает как токовая отсеч-
ка при повреждении внутри трансформатора и как макси-
мальная защита при коротком замыкании на смежных элемен-
тах. Ее устанавливают со стороны питания и используют для
трансформаторов с односторонним питанием.
Уставка по напряжению выбирается в зависимости от на-
пряжения в точке А при коротком замыкании в точке 5, со-
гласно выражению (10-16), если вместо б^яб.тт подставить Uа
при коротком замыкании на шинах В. При коротком замыка-
нии в зоне, когда На становится меньше Ucp, реле минималь-
ного напряжения срабатывает и подает импульс на переклю-
чающее промежуточное реле 1П. Через свои нормально от-
крытые контакты реле 1П подает импульс от реле максималь-
ного тока на выходное промежуточное реле: защита работа-
ет без выдержки времени. При коротком замыкании вне зоны,
когда реактанс Xk&o места замыкания велик и^д> Ucp> им-
310

лульс от реле максимального тока через нормально закры-
тые контакты 1П попадает на реле времени, и защита рабо-
тает с выдержкой времени.
Величина зоны отсечки определяется напряжением на ши-
нах А в зависимости от реактанса до места короткого замы-
кания (рис. 10-25,6). Рассмотренная защита получила рас-
пространение за рубежом.
Защита от перегрузки. При параллельной работе
нескольких трансформаторов мощностью 320 ква и более,
а также при их раздельной работе и наличии АВР в зависи-
мости от величины и вероятности возможной перегрузки сле-
дует предусматривать максимальную токовую защиту от то-
ков, обусловленных перегрузкой, включенную на ток одной
фазы с действием на сигнал. Схема защиты выполняется с
помощью реле максимального тока, включенного в одну из
фаз, последовательно с реле защиты от внешних коротких
замыканий. Ее исполнение такое же, как и для генераторов.
Ток трогания защиты определяется по формуле IC3z=zYe 1т.тм
тт £« принимают равным 1,05, a ke =0,9. При этом 1СЗ =
= 1,27г. «<ш.На подстанциях, не имеющих постоянного дежур-
ного персонала или вызывной сигнализации, если по усло-
виям работы возможны недопустимые перегрузки трансфор-
маторов, защита от перегрузки должна ликвидировать при-
чины перегрузки, а в случае невозможности такой ликвида-
ции — действовать на отключение.
Выдержка времени у нее должна быть на ступень больше
выдержки времени защиты трансформатора от сверхтоков.
Защита от замыканий на землю. У повыша-
ющих трансформаторов, обмотка высшего напряжения кото-
рых подключена к сети с большим током замыкания на зем-
лю и имеет глухозаземленную нейтраль, максимальная то-
ковая защита с блокировкой минимального напряжения, уста-
новленная со стороны питания, не обеспечивает надежного
резервирования защит смежных участков при однофазном
замыкании на землю. Это объясняется тем, что после транс-
формации ток короткого замыкания распределяется по трем
фазам обмотки стороны питания, особенно если последняя
соединена в треугольник, и его величина может оказаться
недостаточной для срабатывания токовых реле. Снижение
междуфазиого напряжения будет также невелико, и блоки-
ровка минимального напряжения не сработает. Между
тем токи однофазного короткого замыкания в сети с глухоза-
земленной нейтралью велики и представляют опасность для
трансформатора. С целью резервирования защит от замыка-
ний на землю смежных с трансформатором элементов на нем
предусматривается максимальная токовая защита нулевой
последовательности. Защита состоит из одного токового реле,
311

подключаемого к трансформатору тока, установленному в
нейтрали силового трансформатора. Схема защиты приведена
на рис. 10-26. Ток срабатывания отстраивается от токов не-
баланса в нулевом проводе и обычно принимается порядка
0,5/г.«ол. Время срабатывания выбирается на ступень больше,,
чем время срабатывания защиты от замыканий на землк>
смежного элемента.
Рис 10-26. Защита трансформатора, работающего в сети с большие
током замыкания на землю, от однофазных замыканий.
Защита нулевой последовательности устанавливается так-
же на понижающих трансформаторах, обмотка высшего на-
пряжения которых подключена к сети с большим током за-
мыкания на землю, а нейтраль заземлена. Такая защита пре-
дусматривается только в том случае, когда это необходимо
по условиям резервирования нулевых защит смежных участ-
ков. Мощные понижающие трансформаторы (более 200 тыс.
ква), соединенные по схеме л/Ло> оборудуются защитой ну-
левой последовательности, аналогичной рассмотренной со
стороны низшего напряжения, в том случае, когда защита от
сверхтоков внешних коротких замыканий оказывается недо-
статочно чувствительной.
Если нейтраль трансформатора не заземлена, иногда
используют защиту максимального напряжения нулевой по-
следовательности сборных шин. Реле максимального напря-
жения подключается в рассечку разомкнутого треугольника
обмоток трансформатора напряжения сборных шин. Защиты
нулевой последовательности действуют на отключение транс
форматора.
3)2

10-7. Пример выполнения защиты трансформатора
На рис. 10-27 приведена полная принципиальная схема
защиты трехфазного двухобмоточного трансформатора мощ-
ностью 20 000 ква, напряжением 35/6 /се, с регулированием
напряжения под нагрузкой в пределах ±10% со стороны на-
пряжения 35 кв. Трансформатор оборудован следующими ти-
пами защит: газовая {16), продольная дифференциальная
(3), максимальная токовая (4) и {8) с блокировкой мини-
мального напряжения (6), токовая от перегрузки (4) и (5).
Дифференциальная защита выполнена с помощью реле
типа ДЗТ-1. В ней использованы только два ТТ со сторо-
ны звезды. В качестве третьей фазы использован нулевой
провод.
Защита от замыканий на землю с высокой стороны не
устанавливается, так как сеть напряжением 35 кв имеет изо-
лированную нейтраль.
В качестве выходного использовано сериесное промежу-
точное реле типа ЭПВ-11/4 (9).
Все защиты снабжены указателями срабатывания, причем
от указателя отключения выключателя со стороны напряже-
ния 6 кв (17) предусмотрен импульс телесигнализации.
В остальном схема пояснений не требует.
10-8. Защита трансформаторов без выключателей на стороне
высокого напряжения и использование оперативного
переменного тока
В целях удешевления строительства и упрощения эксплуа-
тации, техническое управление МЭС предлагает понизитель-
ные подстанции напряжением 35—220 кв выполнять без вы-
ключателей на стороне высшего напряжения, предусматривая
на них установку короткозамыкателя и отделителя.
Принцип защиты трансформаторов, работающих по такой
схеме, заключается в следующем. При повреждении в транс-
форматоре его защита действует на короткозамыкатель /
(рис. 10-28), который, включаясь, создает искусственное за-
мыкание на землю двух или трех фаз со стороны питания.
В результате этого срабатывает защита линии с питающего
конца и обесточивает линию и трансформатор. В момент бес-
токовой паузы срабатывает отделитель 2, который отделяет
линию от трансформатора, после чего она включается АПВ
со стороны питания. Если от данной линии питается только
один трансформатор, то отделитель, очевидно, не требуется,
поскольку повторное включение линии при повреждении
трансформатора не имеет смысла.
Выполнению релейных защит при такой схеме присущи
свои особенности.
313

Y-
Jfjb- ji
►
В качестве оперативного тока на понизительных подстан-
циях должен применяться переменный ток от трансформатора
собственных нужд подстанции. В случае наличия отделителя
на подстанции должна быть установлена стартерная г.ккуму-
f ляторная батарея напряжением 24 в
с постоянным подзарядом, так как
при обесточивании линии подстан-
ция остается без оперативного тока
(отсутствует питание) и отделитель
не будет отключен.
В качестве примера на рис. 10-29
представлена развернутая схема
защиты трансформатора мощно-
стью 5600 ква, напряжением 35/6 /се,
подключенного к одиночной ли-
6__0 нии напряжением 35 кв. Отделитель
8 на стороне 35 кв не установлен.
На трансформаторе предусмотрена
максимальная токовая защита с
блокировкой минимального на-
пряжения со стороны 6 кв, газовая
защита от внутренних поврежде-
ний и защита от перегрузок. От-
ключающие катушки питаются от
трансформаторов тока и срабаты-
вают при их дешунтировании кон-
тактами сериесных реле. Во избе-
жание снятия импульса с сериесно-
го реле 10-П, вследствие отпадания
токовых реле при возрастании сопро-
тивления в цепях тока (включение
16 ОК), реле 10-П имеет самозалипание. В остальном рабо-
та схемы ясна из чертежа.
Защита трансформаторов понизительных и распредели-
тельных подстанций должна, как правило, проектироваться
на оперативном переменном токе.
Рис. 10-28. Схема включе-
ния трансформатора без
выключателя на стороне
высокого напряжения.
10-9. Защита вольтодобавочных трансформаторов
и автотрансформаторов
В настоящее время для регулирования напряжения под
нагрузкой в широких пределах все большее распространение
получают вольтодобавочные агрегаты. Область их исполь-
зования расширяется в связи с переводом линий электропе-
редач на повышенное напряжение.
На рис. 10-30 показан способ включения, схема обмоток и
токораспределение в добавочном агрегате. Добавочный агре-
гат состоит из автотрансформатора с регулируемым числом
314

кЛЭП-35нб
ITT,
[Ю-Ль
1Р-€к
4-Ъ 9-Bi ., 4
-II—ад—~ ^ s
-Ал*
7-/7
5
0Г-
**
1 с:
<ь .
**>
1 *ГБ »
1?
^* '
S^ i
sis
^ S S
1 fcg§J
1 «; *
1 о а
3: 3: {
<i Q»
^£
Qfc
* S
^ *
Sj
^
^J
^
5|Йи.
**Ǥ?
5^<0 a:
£» «\> £ О
fc w * *■*
^Q5J J:
Маисим.
тоиобая
защита
насг. 6кб
^
^
^
^
•»•»
Sol
1 <§£
I ^
*5
.О
^
г- > £> :*;
^^SS
^^ О
"О»*: •>
<*ч
^
О
* *
с\, ij
^ £
<*> ?»
**
5»
fc
сь
[ ^ 1
Рис. 10-29. Схема защиты трансформатора мощностью 5600 ква на пере-
менном оперативном токе.
а — схема первичных соединений- б — токовые цепи; в — цепи напряжения; г — цепи
сигнализации: 1 —сигналы от газовой защиты, 2 — сигнал «Указатель не поднят»
3 — сигнал перегрузки.

витков, подключаемого параллельно первичной обмотке си-
лового трансформатора и включенного последовательно с ним
трансформатора. Вторичная обмотка последовательного транс-
форматора включена последовательно со вторичной обмоткой
силового трансформатора.
Изменяя число витков у автотрансформатора, можно ме-
нять э. д. с. во вторичной обмотке последовательного транс-
Рис. 10-30. Схема защиты вольтодобавочного трансформатора и авто-
трансформатора.
а — способ включения; б —схема обмоток; в — токораспределение в добавочном ре-
гулировочном трансформаторе.
форматора, а следовательно, и всего силового трансформато-
ра, т. е. при неизменном напряжении на первичной стороне
регулировать напряжение на вторичной стороне силового
трансформатора.
Вольтодобавочный агрегат помещается в отдельном мас-
лонаполненном кожухе.
Если силовой трансформатор имеет вольтодобавочный
трансформатор, то помимо основных защит, рассмотренных
выше, должны быть предусмотрены специальные защиты,
которые действуют на отключение силового трансформатора
при повреждениях в вольтодобавочном трансформаторе.
Для регулировочного вольтодобавочного трансформато-
ра лучше всего устанавливать быстродействующую защиту.
Однако применение простых быстродействующих защит со-
пряжено с рядом трудностей. Так, применение токовой от-
сечки затруднено, поскольку величины токов при поврежде-
нии в вольтодобавочном агрегате и при внешних поврежде
316

ниях могут иметь один и тот же порядок. Это не позволяет
выполнить также защиту, которая обладает достаточной
чувствительностью и отстроена от внешних коротких замы-
каний.
Применение дифференциальной защиты затруднено из-за
широкого диапазона изменения коэффициента трансформа-
ции. Ток небаланса при этом может оказаться настолько
fr
1.С*
4*>J
U-
Л—(3©
&
P
Рис. 10-31. Максимальная токовая защита вольтодоба-
вочного трансформатора с использованием реле типаДЗТ.
большим, что обеспечить требуемую чувствительность при
коротком замыкании в зоне будет невозможно.
В качестве основной защиты от внутренних повреждений
предусматривается газовая защита, которая ничем
не отличается от аналогичной защиты силового трансфор-
матора.
В дополнение к газовой защите устанавливается спе-
циальная максимальная токовая защита, ко-
торая может выполняться в двух вариантах.
Первый вариант представляет собой максимальную
токовую защиту с магнитным торможением,
выполняемую на базе токовых тормозных реле типа МТЗ
или трансформаторных реле типа ДЗТ. Схема защиты с ре-
ле типа ДЗТ приведена на рис. 10-31. Рабочая обмотка
включена на трансформаторы тока со стороны регулировоч-
ного трансформатора (ток 1р). Тормозные обмотки Т вклю-
чены на ТТ основной цепи обмотки силового трансформа-
тора (ток ///). В нормальном режиме и при внешних корот-
317

ких замыканиях ///>/';,, и реле не срабатывает. При корот-
ком замыкании в трансформаторе Гр > /// и реле срабо-
тает. Коэффициент торможения лежит в пределах 200—
500%, что обеспечивает надежность работы. Описанная за-
щита является быстродействующей и охватывает весь воль-
тодобавочный трансформатор. Условия работы реле такие
\ питание
Рис. 10-32. Максимальная токовая защита вольто-
добавочного трансформатора с блокировкой при
внешних коротких замыканиях.
же, как и в схемах дифференциальной защиты силовых
трансформаторов.
На рис. 10-33 приведены идеальная характеристика / и
реальная характеристика 3 защиты с торможением. Прямая 2
определяет зависимость первичного тока автотрансформато-
ра от тока силового трансформатора с регулируемой сторо-
ны. Отношение ординат кривой 3 к ординатам прямой 2 при
одном и том же токе /// (—\ определяет коэффициент на-
дежности защиты, который должен быть не ниже 1,2.
Второй вариант — это максимальная токовая
защита с блокировкой при внешних коротких за-
мыканиях (рис. 10-32). Оперативный ток максимальной то-
ковой защиты вольтодобавочного агрегата заведен через
промежуточное реле блокировки. При внешних коротких за-
мыканиях токовое реле блокировки срабатывает и снимает
оперативный ток с максимальной защиты вольтодобавочно-
го трансформатора. При коротком замыкании в этом транс-
318

форматоре ток замыкания со стороны блокировки мал и за-
щита может работать, поскольку реле блокировки не ера-
батывает и не снимает оперативный ток..
Токовое реле блокировки должно иметь уставку, от-
строенную от максимального тока нагрузки трансформато-
ра и от тока короткого замыкания с другой стороны при за-
мыкании в вольтодо-
бавочном трансформа-
торе.
На рис. 10-33 как
пример показаны пря-
мые токов срабатыва-
ния рабОЧИХ (1сз.раб) И
бЛОКИруЮЩИХ (Icp. блок)
реле. Ломаная 4 опре-
деляет зону действия
(С) защиты.
Рассматрива е м а я
защита выполнена про-
стыми средствами, но
имеет ряд недостатков.
Защита с блоки-
ровкой может отказать
при коротком замыка-
нии в автотрансфор-
маторе в том случае,
когда ток в блокиру-
ющем реле больше максимального расчетного тока коротко-
го замыкания. Кроме того, она не работает при междуфаз-
ных коротких замыканиях на выводах первичной обмотки
автотрансформатора, так как при этом ток замыкания на
стороне блокирующих реле превосходит их ток срабатывания.
Он может быть равен току при внешних коротких замыка-
ниях на стороне низшего напряжения.
Из рис. 10-33 видно, что защита с торможением имеет
очевидные преимущества перед защитой с блокировками.
В частности, в заштрихованных зонах А и В защита с бло-
кировками не работает, в то время как защита с торможе-
нием работает.
Дифференциальная защита может выполнять-
ся отдельно для последовательного трансформатора и для
вольтодобавочного агрегата в целом, совместно с силовым
трансформатором. В первом случае последовательный
трансформатор рассматривается как отдельная нерегулируе-
мая единица, и его дифференциальная защита ничем не отли-
чается от таковой для двухобмоточного трансформатора.
При общей дифференциальной защите основного и вольто-
добавочного трансформаторов в соединительных проводах
Зср.блон
Рис. 10-33. Характеристика специальных
токовых защит вольтодобавочных транс
форматоров.
/ — идеальная характеристика; 2 — 1 - KI
3 — характеристика защиты с торможением;
4 — характеристика защиты с блокировкой.
31S

протекают большие токи небаланса, вызванные изменения-
ми общего коэффициента трансформации. Для надежной
отстройки от них рекомендуется применять реле с магнит-
ным торможением типа ДЗТ.
Защита силовых автотрансформаторов кон-
структивно мало отличается от защиты трехфазных трехоб-
моточных трансформаторов. Особенности автотрансформа-
тора влияют в основном на расчет защиты и выбор уставок.
10-10. Защита блоков генератор—трансформатор
и генератор — трансформатор — линия
Крупные районные электростанции, а также гидроэлект-
ростанции отдают, как правило, почти всю энергию на вы-
соком напряжении и местных потребителей не имеют.
0
а
на с.н.
на ел.
наел.
Рис. 10-34. Примеры выполнения блочных схем:
з — генератор без отпайки на собственные нужды; б — генератор с отпайкой на
собственные нужды; в — генератор трехобмоточный с отпайкой на собственные нуж-
ды; г — генератор—трансформатор—линия с отпайкой на собственные нужды.
Это дает возможность осуществить их электрические сое-
динения по схеме блоков генератор—трансформатор или ге-
нератор—трансформатор—линия. В настоящее время полу-
чают распространение так называемые полные блоки, вклю-
чающие в себя также тепловую или гидравлическую часть,
т. е. котел—турбина—генератор—трансформатор—линия.
На рис. 10-34 приведены наиболее распространенные
схемы блоков.
Поскольку блок состоит из двух частей (генератора и
трансформатора), то указания по выполнению защиты ге-
320

нераторов и трансформаторов при работе их раздельно дей-
ствительны и в том случае, когда они объединены в блок.
Однако блочная схема дает возможность упростить и
объединить некоторые защиты, сделав их общими для гене-
ратора и трансформатора. Таким образом, количество защит
уменьшается. К общим защитам относятся: дифференциаль-
ная и земляная защиты, а также
защита от сверхтоков при внеш-
них коротких замыканиях.
Продольная диффе-
ренциальная защита при
наличии выключателя между ге-
нератором и трансформатором
(см. рис. 10-34, в) должна выпол-
няться отдельно для генератора и
трансформатора.
Если выключатель между ге-
нератором и повышающим транс-
форматором отсутствует, должна
предусматриваться только об-
щая дифференциальная защита,
в зону которой входят обмотки
генератора и трансформатора,
шинный или кабельный мост
между ними, а также выводы
трансформатора с высокой сто-
роны до места установки транс-
форматоров тока (рис. 10-35).
При наличии отпайки на СОб- Рис. 10-35. Продольная диффе-
ственные нужды трансформато- ренциальная защита блока ге
ры тока последней включаются нератор-трансформатор.
в схему дифференциальной защиты.
Ток срабатывания защиты выбирается в пределах (1,3~:-
-f" 1,5) Ihom. В случае недостаточной чувствительности общей
продольной дифференциальной защиты блока допускается
установка отдельной продольной или поперечной (при вы-
веденных параллельных ветвях обмотки статора) дифферен-
циальной защиты генератора для осуществления автомати-
ческого пожаротушения водой.
Дифференциальная защита блока должна действовать
'на отключение всех выключателей блока и отключение АГП.
Для защиты блока от сверхтоков внешних
коротких замыканий при двухобмоточном трансформаторе
используется только защита генератора, питаемая от транс-
форматоров тока, установленных у нулевой точки. В том
случае, если имеется ответвление на собственные нужды, за-
щита должна иметь две выдержки времени: с меньшей вы-
i
ш
к тпр-ру с.н
21 М. В. Титаренко и И А. Носков-Дукельский
321

держкой времени должен отключаться выключатель со сто-
роны системы, а с большей — выключатель отпайки на соб-
ственные нужды. Такое выполнение защиты дает возмож-
ность сохранить питание собственных нужд при затяжных
коротких замыканиях в системе и отказе защит на смежных
участках.
В качестве защиты от сверхтоков должна использоваться
фильтровая защита отрицательной последовательности, ана-
логичная описанной в § 9-4. Если же указанная защита не
отвечает требованиям чувствительности, следует устанав-
ливать максимальную токовую защиту с пуском минималь-
ного напряжения.
Для блоков с многообмоточными трансформаторами за-
щита, как и для отдельных многообмоточных трансформа-
торов, должна выполняться со всех сторон трансформатора
с учетом сказанного выше (см. § 10-6).
Защита от замыканий на землю на стороне ге-
нераторного напряжения должна предусматриваться во всех
случаях и должна действовать только на сигнал.
Токи замыкания на землю в сети генераторного напряже-
ния определяются емкостью по отношению к земле системы
генераторного напряжения, которая включает в себя обмот-
ки генератора и стороны низшего напряжения трансформа-
тора, шинный или кабельный мост между ними и, при нали-
чии отпайки на собственные нужды, кабели и обмотку выс-
шего напряжения трансформатора отпайки.
В блоках мощностью до 25—50 тыс. кет емкостный ток
обычно не превышает 5 а, и его длительное протекание не
представляет опасности для генератора. При естественных
емкостных токах, превышающих 5 а, имеющих место, когда
мощность блоков ориентировочно превышает 50 мет, емкость
сети генераторного напряжения при коротком замыкании
должна быть скомпенсирована индуктивной катушкой, вклю-
чаемой между нейтралью генератора и землей так, чтобы
емкостный ток скомпенсировался до допустимой величины.
Выбирая уставку земляной защиты, следует учитывать
явление, называемое смещением нейтрали сети генераторно-
го напряжения при однофазных коротких замыканиях на сто-
роне высшего напряжения трансформатора. Смещение ней-
трали поясняется на рис. 10-36.
На рис. 10-36, а показано распределение емкостей генера-
тора, кабелей и трансформатора относительно земли, а так-
же емкость См между обмотками трансформатора. На
рис. 10-36, бив изображены начальная и приведенная схемы
замещения для указанного случая. В месте короткого замыка-
ния приложено напряжение U0. Из рис. 10-36, г видно, как
распределяется напряжение U0 вдоль емкостного реактанса
схемы замещения. Та часть напряжения U0f которая прихо
322

дится на емкостный реактанс сети генераторного напряже-
ния (Хсгн) и представляет собой напряжение смещения ней-
трали (U0r). Обычно См<^Сгн, Хсм^> Хсгн. Соответственно
О0г значительно меньше U0 и практически не превосходит
(0,1-0,15) Uг. ном.
Защита от замыканий на землю стороны генераторного
напряжения выполняется при помощи реле максимального на-
Фс*
Сг
£
■£->
а *см сиСы *сгн шсгн
Рис. 10—36. Смещение нейтрали сети генераторного напряжения
при к. з. на землю на стороне повышенного напряжения:
а — емкости обмоток; б и в — схемы замещения; г — смещение нейтрали.
пряжения, включенного на напряжение разомкнутого тре-
угольника 3UQ пягистержневого трансформатора напряже-
ния (рис. 10-37) или на трансформатор напряжения в нуле
генератора. Защита имеет выдержку времени большую, чем
время отключения повреждений на смежных участках систе-
мы. Уставка по напряжению должна выбираться из условий
отстройки от напряжения небаланса и от напряжения сме-
щения нейтрали при коротком замыкании на землю со сто-
роны обмотки высшего напряжения трансформатора. Если
максимальное значение 3U0 равно 100 в, то Ucp равно 15-20 е.
Полная схема защиты блока генератор—трех-
обмоточный трансформатор мощностью 60000 ква
напряжением 110/35/10 кв приведена на рис. 10-38 .
Продольная дифференциальная защита выполнена общей
для всего блока на базе реле ДЗТ-3 (позиции 21—23) с
21*
323

тремя тормозными обмотками. Защита от сверхтоков внеш-
них коротких замыканий выполнена на всех трех напряже-
ниях с тем, чотбы отключалась только та сторона, где воз-
никло замыкание. Со стороны 110 кв она выполнена в виде
максимальной токовой защиты (13—16) с действием на вы-
ключатель ПО кв; со стороны 35 кв — в виде максимальной
токовой направленной защиты (18—20, 49) с действием на
выключатель 35 кв.
Общей для всего блока является токовая защита отри-
цательной последовательности (24—30), действующая на от-
На сигнал
Рис. 10-37. Защита от замыканий на землю сети гене-
раторного напряжения блока генератор-трансформатор.
ключение выключателей 35 и ПО кв при отказе защит от
сверхтоков, указанных выше.
Защита от замыканий на землю со стороны ПО кв (пози-
ции 38, 41, 42) подключена к трансформатору тока в нейтра-
ли (10). Поперечная дифференциальная защита генератора
выполнена с одним трансформатором тока (31—34).
В качестве выходных использованы сериесные реле типа
ЭПВ-И/3 (43у 44).
Описанная выше защита от замыканий на землю со сто-
роны генераторного напряжения представлена позициями
35—39.
Особенности защиты блока генератор —
трансформатор — линия состоят в том, что защиты ли-
нии могут быть упрощены за счет изменения условий ее рабо-
ты и в большинстве случаев могут быть установлены простые
быстродействующие защиты со стороны питания линии (то
ковая отсечка, зона / дистанционных защит и т. п.). Работа
защит в условиях отсутствия выключателя со стороны выс-
шего напряжения трансформатора рассматривалась выше.

Глава одиннадцатая
ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
11-1. Повреждения на шинах и установка специальных защит
Сборные шины электрических станций и подстанций явля-
ются одним из наиболее ответственных элементов электриче-
ской системы. При повреждении на них может произойти от-
ключение целой группы питающих и отходящих присоедине-
ний, в результате чего система потеряет значительное количе-
ство генерирующих элементов или разделится на несинхрон-
но работающие части. Это, в свою очередь, может повести
к дальнейшему развитию аварии.
Опыт эксплуатации показывает, что, несмотря на высокую
надежность выполнения сборных шин, короткие замыкания
на них все же имеют место. Короткие замыкания происходят
в результате перекрытия изоляторов, ошибок дежурного пер-
сонала, попадания на шины посторонних предметов и т. д.
Согласно статистическим данным, подавляющее число за-
мыканий являются однофазными, причем часть имеет прехо-
дящий характер.
Принципиально проще всего защищать шины с помощью
резервных защит присоединенных питающих элементов, ко-
торые должны действовать при любом повреждении на шинах.
В этом случае короткие замыкания на шинах, которые отно-
сятся к числу наиболее тяжелых аварий в системе, будут от-
ключаться с выдержкой времени. Это часто бывает недо-
пустимым, поскольку тяжелые повреждения должны отклю-
чаться быстродействующими защитами. В качестве крите-
риев необходимости применения быстродействующих защит
«Правила устройства электроустановок», как указывалось
выше (см. гл. 8), предлагают принимать: остаточное напря-
жение на шинах (не ниже 0,6 ином), нарушение устойчивости
параллельной работы при малой вероятности ресинхрониза-
ции, возможность саморазгрузки потребителей, возможность
использования быстродействующего АПВ.
325

При необходимости быстрого отключения короткого замы-
кания на шинах последние оборудуются специальными ре-
лейными защитами. Эти защиты предусматриваются для шин
напряжением НО кв и выше, а также для шин ответственных
подстанций напряжением 35 кв и 6—10 кв. В сетях с больши-
ми токами замыкания на землю защита шин должна реаги-
ровать на однофазные и многофазные замыкания. В сетях
с изолированной нейтралью — только на многофазные замы-
кания. Защита должна действовать на отключение всех эле-
ментов либо всех питающих элементов — в случае одиночной
системы шин, и на отключение питающих элементов пов-
режденной секции и секционных выключателей — в случае
секционированной системы шин.
11-2. Дифференциальная токовая защита
Для шин электрических станций и ответственных под-
станций, которые по условиям работы должны быть быстро
отключены в случае коротких замыканий на них, необходи-
/7-/
4
/7-2
Л-3
П-Ц
JZn\
ы
СЗПЖЗ
Чп\
М
Рис. 11-1. Принцип действия дифференциальной защиты шин.
мо, как правило, предусматривать дифференциальную токо-
вую защиту без выдержки времени, выполненную одним из
описанных ниже способов.
Принцип действия защиты ничем не отличается от таково-
го для линий, генераторов и трансформаторов. На рис. 11-1
изображена однолинейная схема полной дифференциальной
защиты одиночной несекционированной системы шин с че-
тырьмя присоединениями. В нормальном режиме или при
внешних коротких замыканиях сумма первичных токов каж-
дой фазы, подводимых к шинам в любой момент времени,
равна нулю (см. рис. 11-1). Следовательно, при одинаковых
коэффициентах трансформации и идентичной полярности
326

трансформаторов тока на всех присоединениях сумма токоз
в реле близка к нулю, поскольку вторичные токи питающих
и отходящих элементов в реле направлены встречно. Она от-
личается от нуля на величину токов небаланса.
При коротких замыканиях на шинах токи всех питающих
присоединений направлены к месту повреждения. В реле
протекает ток, равный сумме всех токов присоединений, по-
скольку составляющие тока в реле направлены согласно.
Вторичный ток трансформатора тока, как известно из схе-
мы замещения, равен
/3 = ^--/^, (П-1)
П-г-р
где 1\ и /2 — первичный и вторичный токи ТТ;
1наМ — ток намагничивания.
Следовательно, ток в реле в общем случае
/ = / 4- / 4- • • • 4- / = —^- 4- —— 4 • • • -4- —- —
и "" tl'p'p ft тгу tl-pj*
(11-2)
h нам fa нам * ' ~ 'к. нам — ^ „ " ^,
L
нам •
ТТ
1 1
При нормальных режимах и внешних коротких замыканиях
Е/, = 0. (11-3)
Тогда ток в реле «,
1р=-*/нам = 1н6. (И-4)
1
А
При коротком замыкании в защищаемой зоне Е 1Х = IKJ
и ток в реле (токами намагничивания пренебрегаем)
'*-£■ (11'5)
Ток срабатывания реле выбирается по условию
—^ >1ср> /нб.тах- (I!*6)
Кроме того, следует считаться с возможностью обрыва
одного из проводов вторичной цепи присоединения. Защита
при этом не должна ложно работать. При обрыве цепи лю-
бого присоединения условие (11-4) не выдерживается и в ре-
ле потечет ток, равный 1раб присоединения. Поэтому вторым
условием выбора тока срабатывания будет
*Г* > ht> > 1раб. max • (11-6а)
JTj"p * ч
327

Чувствительность защиты определяется по условиям ми-
нимального тока короткого замыкания
*.«-= т—°->2.0- (И-7)
'ср'"тт
Как и в случае генераторов и трансформаторов, при внеш-
них коротких замыканиях токи небаланса в первый момент
резко возрастают за счет появления апериодической со-
ставляющей тока короткого замыкания, которая насыщает
трансформаторы тока, увеличивая их 1кам и соответственно
ток небаланса (см. форм. (11-4). Чтобы избежать загрубле-
ния защиты отстройкой от токов небаланса, обусловленных
апериодической составляющей, реле включают через БНТ,
роль которых та же, что и в защите генераторов и трансфор-
маторов. Для контроля целости цепей дифференциальной
защиты в нулевой провод включается токовое реле, действу-
ющее на сигнал с выдержкой времени при обрыве цепи.
11-3. Способы выполнения и разновидности
дифференциальной защиты шин
Полная дифференциальная защита шин с
одним выключателем на цепь. Для шин электро-
станций и подстанций напряжением ПО /се и выше должна
предусматриваться, как правило, дифференциальная токовая
защита без выдержки времени, охватывающая все элементы»
присоединенные к системе или секции шин.
На рис. 11-2 представлена полная дифференциальная за-
щита шин, выполненная с учетом изложенных выше требо-
ваний. Шины состоят из двух систем, из которых одна
является рабочей, а вторая резервной (взаимозаменяемы).
Элементы присоединены к шинам по схеме с одним выклю-
чателем на цепь.
Токовое реле 4 и реле времени 5 осуществляют контроль
токовых цепей. В случае обрыва цепи реле 4 срабатывает
и с выдержкой времени снимает оперативный ток с защиты,
который заведен через промежуточное реле 6, исключая тем
самым возможность ее ложной работы при внешних корот
ких замыканиях и наличии обрыва.
Промежуточное реле 7 является выходным.
С помощью миллиамперметра 10 и кнопки 11 осуществ
ляется периодический контроль тока небаланса в схеме. Про
межуточные реле 8 и 9 предназначены для вывода из действия
защиты при опробовании резервной системы шин на время,
достаточное для отключения шиносоединительного выключа-
теля. Это необходимд для того, чтобы в случае необнару-
женного короткого замыкания на резервной системе шин не
отключать все шины вместо шиносоединительного выключи
328

вил
Рис. 11-2. Принципиальная схема полной дифференциальной защиты шин с присоединением
цепей через один выключатель.

геля. На шиносоединительном выключателе предусматривает-
ся два комплекта ТТ. Один из них работает, когда первая
система шин является основной, а вторая резервной и тре-
буется замена одного из выключателей линий шиносоедини-
тельным. Другой — когда вторая система шин является
основной, а первая — резервной.
Полная дифференциальная токовая защита
шин с фиксированным присоединением эле-
ментов. Для двойной системы шин электростанций и под-
станций с одним выключателем на присоединенный элемент
при напряжении ПО /се и выше, а на ответственных сетевых
подстанциях также при 35 /се, в случае одновременной работы
на обеих системах шин дифференциальная защита должна
применяться для фиксированного присоединения элементов.
Защита состоит по существу из трех отдельных комплектов-
полная дифференциальная защита первой системы шин, пол-
ная дифференциальная защита второй системы шин, полная
дифференциальная защита обеих систем шин. При коротком
замыкании на одной из систем шин она отключается своим
комплектом. Комплект второй системы шин при этом не дей-
ствует, так как короткое замыкание на первой системе являет-
ся для него внешним.
Баланс токов, согласно выражению (11-2), будет выдер-
живаться для каждой системы шин в отдельности. Если одно
из фиксированных присоединений первой системы шин прихо-
дится переключить на вторую или наоборот, то первичная
цепь присоединения оказывается подключенной в одну систе-
му, а трансформаторы тока — в другую. Токи в дифференци-
альной цепи обоих комплектов при этом будут равны рабоче-
му току пересоединенного элемента и защита может срабо-
тать ложно при внешних коротких замыканиях. Во избежание
этого устанавливается третий комплект защиты, охватываю-
щий все присоединения обеих систем шин, который блоки-
рует оба предыдущие. Этот комплект действует при коротком
замыкании на любой из систем шин и не действует при внеш-
них коротких замыканиях. Защита работает только в том слу
чае, если срабатывают два комплекта защиты: поврежденной
системы и общий. Таким образом достигается селективная
работа защиты поврежденной системы шин при нормальной
фиксации присоединений, отстройка от внешних коротких за-
мыканий и отключение обеих систем при коротком замыкании
на шинах в случае нарушения фиксации присоединений. Рас-
сматриваемая защита по сравнению с полной дифференци-
альной обладает тем преимуществом, что при коротком за-
мыкании на шинах позволяет сохранить в работе одну систе
му с присоединенными к ней элементами.
На рис. 11-3 представлена полная развернутая схема со-
единений дифференциальной защиты шин с фиксированным
ззо

присоединением элементов, выполненная на оперативном пе-
ременном токе.
К шинам подходят 8 присоединений: 6 линий и два транс-
форматора. Присоединения зафиксированы, как показано на
рис. 11-3. Трансформаторы тока соединены для питания за-
щит I и II секций (см. рис. 11-3; там же показаны цепи от-
ключения междушинного выключателя). Катушки отключе-
ния 28 КО и 29 КО питаются от трансформаторов тока 19 ТТ
и отключают выключатель после размыкания контактов сери-
есного промежуточного реле 43ПХ и 43П2. Поскольку сеть ра-
ботает с изолированной нейтралью, защита двухфазная. Тре-
тий трансформатор тока каждого присоединения не исполь-
зуется.
При включении шиносоединительного выключателя от
ключа защита с помощью реле времени с задержкой на воз-
врат выводится на некоторое время из действия.
В схеме использованы промежуточны^ реле постоянного
тока, которые присоединены к цепи переменного тока через
выпрямители.
Неполная дифференциальная защита долж-
на устанавливаться на секционированных шинах 6—10 кв.
Эти шины имеют, как правило, большое количество реакти-
рованных присоединений, питающих нагрузку. Охват всех
присоединений полной дифференциальной защитой практи-
чески невозможен. В этом случае защита присоединяется к
трансформаторам тока только питающих присоединений: ге-
нераторов, трансформаторов, секционных выключателей. При
этом, очевидно, геометрическая сумма токов элементов, вхо-
дящих в защиту, не равна нулю, т. е.
к т
Е 1\ штЛ- Е 1\ нагр = 0, 0 1*8)
1 1
откуда
к т
2 1\ пшп= — £ 1\ Нагр , (11 -9)
1 1
где I\num и 1Хнагр— первичные токи питающего и нагрузочно-
го присоединений при k питающих и т нагрузочных присое-
динениях соответственно.
Ток в реле при нормальном режиме равен геометрической
сумме токов питающих присоединений:
к
/. = ~?/,-"-2т . (Ы-Ю)
1
При коротком замыкании за реактором одного из нагру-
зочных присоединений в реле защиты будет протекать ток
короткого замыкания. При этом защита не должна действо-
331

вать раньше, чем сработает защита соответствующего при-
соединения, но должна отключить секцию сборных шин в
случае отказа последней.
В то же время при коротком замыкании на шинах защи-
та должна работать без выдержки времени. Для удовлетво-
рения указанных условий защита выполняется в виде диффе-
ренциальной токовой отсечки, дополненной максимальной то-
ковой защитой с выдержкой времени.
Ток трогания отсечки выбирается по условию
'кз. min > 'со > ' кз. max» (**"**/
где /кз.тт—минимальный ток короткого замыкания на шинах;
1'кз. шах—максимальный ток короткого замыкания за ре-
актором присоединения.
Ток трогания реле максимальной токовой защиты
т
1ер>Ы2нагр, (П-12)
1
т. е. больше суммы вторичных токов присоединенной нагрузки,
протекающей в реле. Время действия максимальной токовой
защиты должно быть на ступень больше максимального вре-
мени действия защиты присоединенного элемента.
На рис. 11-4 представлена однолинейная схема неполной
дифференциальной защиты. Реле 2 является элементом от-
сечки, токовое реле 1 и реле времени 3 — токовой защитой с
выдержкой времени. Промежуточное реле 5 — выходное. Оно
действует на отключение всех питающих элементов, за исклю-
чением генератора, который должен отключаться своими ре-
зервными защитами. Иногда генератор также отключается
от защиты шин. Промежуточное реле 7 служит для выведе-
ния из действия защиты на время опробования второй систе-
мы шин при ее включении (снятием минуса оперативного тока
с реле 5).
Защита по условиям выбора уставки не работает при ко-
ротком замыкании за реакторами присоединений, но прихо-
дит в действие при коротком замыкании до реакторов, на-
пример на их выключателях. Указанное действие защиты яв-
ляется правильным.
Полная дифференциальная защита шин с
двумя выключателями на присоединение
выполняется в виде двух комплектов для каждой системы шин
в отдельности. При коротком замыкании на одной из систем
защита действует только на выключатели, включенные на
данную систему. Таким образом, вторая, неповрежденная
система шин остается в работе. Схема подстанций с двумя
выключателями на цепь мало распространена в отечественных
системах, поэтому и рассматриваемая защита применяется
редко.
332

чзэ-^-с

11-4. Оценка дифференциальных защит
Достоинствами дифференциальных защит является их
быстродействие, селективность и относительно большая чув-
ствительность.
При правильной эксплуатации защита дает малый про-
цент ложных срабатываний и поэтому служит в качестве ос-
новной для шин ответственных подстанций. Применение ее
обязательно для шин напряжением НО /се и выше.
Защита по своему принципу не реагирует на качания и
токи несинхронного включения в энергосистеме.
Недостатки дифференциальных защит следующие:
а) высокая стоимость, ввиду использования большого ко-
личества трансформаторов тока и контрольных кабелей;
б) необходимость отстройки от токов небаланса, особенно
при внешних коротких замыканиях;
в) необходимость учета возможных обрывов токовых це-
пей защиты;
г) необходимость установки на всех присоединениях ТТ
с одинаковым коэффициентом трансформации.
Отдельные виды дифференциальных защит, кроме пере-
численных выше общих недостатков, имеют дополнительные:
а) для полной дифференциальной защиты — необходи-
мость включения в защиту всех присоединений, что практи-
чески возможно только при небольшом их числе;
б) для полной дифференциальной защиты с фиксирован-
ным присоединением элементов — потеря взаимной селектив-
ности двух систем шин при коротком замыкании на шинах
и нарушении фиксации присоединений;
в) для неполной дифференциальной защиты — невозмож-
ность использования при наличии нереактированных присо-
единений; трудность выбора уставки по выражению (11-11)
с учетом максимального и минимального режимов энергоси-
стемы, и вследствие этого зачастую малая чувствительность
при минимальных режимах.
Отметим, что за последние два десятилетия в СССР про-
ведены большие работы по совершенствованию дифференци-
альных защит шин, в результате чего этот вид защиты был
улучшен путем применения в их схемах БНТ.
11-5. Иные виды защиты шин
Токовая отсечка. Для защиты шин понижающих
подстанций 6—10 кв, питающих потребителей по кабельным
линиям с реакторами, может быть использована токовая от-
сечка, установленная на питающих присоединениях. Ток
срабатывания отсечки выбирается по выражению, аналогич-
ному (11-11), т. е. отсечка отстраивается от токов короткого
334

замыкания за реакторами присоединений, но должна быть
достаточно чувствительна к коротким замыканиям на шинах
в минимальном режиме работы системы. Отсечка может вы-
полняться в двухфазном или однорелейном исполнении (на
разность токов). Отсечка — наиболее простой вид защиты
шиц, но она не всегда удовлетворяет условиям чувствитель-
ности.
Рис. 11-5. Принципиальная схема дистанционной защиты шин
Дистанционная защита. Она используется для за-
щиты шин генераторного напряжения станций и шин 6—10 кв
подстанций, у которых все присоединения (за исключением
генераторов и трансформаторов) реактированы. Защита уста-
навливается на всех питающих элементах, кроме генераторов.
Принципиальная схема приведена на рис. 11-5.
Уставка по сопротивлению срабатывания дистанционного
реле (омметра) выбирается из условий отстройки от коротких
замыканий за реакторами присоединений или трансформато-
рами связи, т. е. от коротких замыканий вида К—/ и К—2:
ZM>Zcp>ZK3. (11-13)
При коротком замыкании за реакторогл напряжение на
дистанционном реле достаточно высокое и фиктивное сопро-
тивление на зажимах реле больше сопротивления срабатыва-
335<

ния. При коротком замыкании на шинах напряжение, а сле-
довательно, и сопротивление на зажимах омметра падает до
нуля.
Поскольку генератор присоединяется к шинам непосред-
ственно, а не через реактор, защита будет приходить в дей-
ствие при коротком замыкании на присоединении генератора.
на сигнал
А
Ускорение после РПВ
Рис. 11-6. Схема защиты шиносоединительного выключателя 35 кв.
Исходя из этого, уставка защиты по времени выбирается на
ступень большую, чем время действия дифференциальной за-
щиты генератора, т. е. 0,5-1-0,6 сек.
На межсекционном выключателе устанавливается обычно
два комплекта дистанционной защиты: со стороны одной и
второй секций.
Омметры могут быть включены вместо токовых реле в
схему неполной дифференциальной дистанцион-
ной защиты. Такая защита называется дифференциальной
дистанционной защитой шин. Она сочетает в себе принцип
дифференциальной защиты с дистанционной, т. е. отстраивает-
336

ся от коротких замыканий за реактором присоединения не по
току, а по сопротивлению.
Дистанционные защиты обеспечивают большую чувстви-
тельность, чем токовые отсечки, но сложнее дифференци-
альных.
П-6. Защита на шиносоединительном выключателе
Шиносоединительным выключателем при необходимости
можно временно заменять любой из выключателей присоедине-
ний, подключенных к шинам. Поэтому он должен быть обору-
дован релейными защитами, которые могли бы периодически
(на время ремонтов и проверок) заменять защиту любого
присоединения. Требования к чувствительности и селективно-
сти этих защит меньшие, поскольку они работают непродол-
жительное время. Вместе с тем они должны быть достаточно
универсальны, чтобы отвечать, хотя бы приближенно, требо-
ваниям защиты любого присоединения.
Учитывая изложенное, а также то, что сети напряжением
до 35 кв работают с малым током замыкания на землю, а се-
ти напряжением 110 кв и выше — с большим, «Правила
устройства электроустановок» предусматривают следующие
защиты на шиносоединительных выключателях:
1. На напряжении до 35 кв включительно — максималь-
ная токовая защита и токовая отсечка; допускается направ-
ленная максимальная токовая защита.
2. На напряжении ПО кв и выше:
а) от замыканий между фазами — токовая отсечка и
максимальная токовая защита с выдержкой времени и пус-
ком минимального напряжения или токовая отсечка и одно-
ступенчатая дистанционная защита с выдержкой времени
второй ступени;
б) от замыканий на землю — направленные токовые от-
сечки без выдержки и с выдержкой времени и чувствитель-
ная направленная максимальная токовая защита с выдерж-
кой времени нулевой последовательности.
При наличии на присоединенных элементах напряже-
нием ПО кв и выше сложных защит допускается выполнение
этих защит с возможностью перевода их действия на шино-
соединительный или обходной выключатель (при помощи
переключений на испытательных зажимах или блоках).
Для иллюстрации на рис. 11-6 приведена схема защиты
на шиносоединительном выключателе напряжением 35 кв.
22 М. В. Титаренко и И. Л. Носков-Дукельский

Глава двенадцатая
ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
12-1. Особенности режимов работы асинхронных двигателей
Режим работы асинхронного двигателя характеризуется
главным образом моментом на его валу и током, которые
двигатель потребляет из сети.
Рис. 12-1. Характеристики механизмов с постоянным
моментом сопротивления (/) и вентиляторным моментом
(2), и характеристики асинхронных короткояамкнутых
двигателей (3) при разных напряжениях.
Момент короткозамкнутого асинхронного двигателе
при неизменном напряжении зависит от его скольжения,
как показано на рис. 12-1. В нормальном режиме Мд^^пр
и точка А характеризует устойчивый режим работы двига-
теля^ при малых скольжениях. Из рисунка следует, что пус-
ковой момент двигателей, когда 5=1, невелик. Механизмы,
приводимые двигателями, могут иметь момент, не зависящий*
338

от оборотов, так называемый постоянный момент (рис 12-i,
характеристика 1) или зависящий от оборотов, так называе-
мый вентиляторный момент (кривая 2). Механизмы с постоян-
ным моментом приводятся обычно двигателями с фазным
ротором, пусковой момент которых увеличен за счет наличия
реостата в цепи ротора. Сопротивление реостата вводится на
время пуска и выводится при нормальной работе. Если по
той или иной причине двигатель включится при выведенном
реостате, то момент его может быть меньше момента приво-
0,0и-0,06ш
0,4 Q,S 1,2 t[cex]
Рис. 12-2. Кривая изменения тока стато-
ра асинхронного короткозамкнутого дви-
гателя при пуске.
Рис. 12.-3. Изменение напря-
жения группы двигателей
после исчезновения напря-
жения.
димого механизма, и двигатель не развернется. Механизмы
с вентиляторным моментом приводятся короткозамкнутыми
двигателями, и пуск их не представляет трудности.
Момент двигателя пропорционален квадрату напряже-
ния на его зажимах. На рис. 12-1 показаны кривые момента
при разных уровнях напряжения.
Ток, потребляемый двигателем из сети, зависит при не-
изменном напряжении от сопротивления двигателя, кото-
рое, в свою очередь, зависит от скольжения. При скольже-
нии 5=1 ток статора имеет свое максимальное значение,
которое принято называть пусковым током двигателя. Этот
ток для короткозамкнутых двигателей в 5—8 раз превышает
номинальный. В момент включения двигателя на пусковой
ток накладывается апериодическая составляющая тока,
обусловленная переходным процессом. Общая картина изме-
нения тока статора в зависимости от времени разворота при-
ведена на рис. 12-2. Апериодическая составляющая затухает
в течение двух-трех периодов тока. Длительность протекания
пускового тока зависит от того, насколько быстро двигатель
сможет развернуться. При тяжелых пусках это время может
достигать нескольких десятков секунд.
22*
339

При отключении двигателя или исчезновении напряжения
на его зажимах магнитный поток двигателя в течение некото-
рого времени поддерживается за счет токов, индуктируемых
в контурах ротора в момент отключения. И так как ротор дви-
гателя после отключения некоторое время продолжает вра-
щаться за счет запасенной кинетической энергии, то в его
обмотках генерируется напряжение, которое затухает в те-
чение 1 —1,5 сек. по мере торможения двигателя. По отноше-
нию к напряжению сети генерируемое двигателем напряжение
изменяется не только по величине, но и по фазе, за счет из-
менения скорости вращения двигателя. На рис. 12-3 приве-
дена кривая изменения напряжения после отключения
питания для группы асинхронных двигателей. Разность на-
пряжения двигателя и сети в первые 0,5 сек. после отключе-
ния может составить (1,5-г 1,8) UHom.
12-2. Виды повреждений и ненормальных режимов
работы асинхронных двигателей
Повреждения. При работе электродвигателя воз-
можны следующие виды повреждений:
1. Двух-и трехфазные короткие замыкания в обмотках
двигателя, подводящих кабелях и кабельных муфтах. Токи,
возникающие при этом, многократно превосходят номиналь-
ные токи двигателя, поскольку мощность питающей сети
обычно во много раз больше мощности двигателей;
2. Замыкание одной фазы обмотки статора на корпус.
Оно представляет опасность только при заземленной нейтрали
двигателя, так как в этом случае в подводящих проводах и
фазах двигателя возникают токи, которые могут превзойти
пусковые значения.
Сети напряжением 3—6 кв, как указывалось, работают с
изолированной нейтралью. Поэтому токи замыкания на землю
у двигателей напряжением 3—6 кв невелики и определяются
емкостью сети, как и для генераторов (см. § 9-1). Поскольку
роль двигателей по сравнению с генераторами менее ответ-
ственна, у них допускается естественный ток замыкания на
землю до 10 а.
При заземленной нейтрали питающего трансформатора
в подводящих проводах токи увеличатся и расчет их мо-
жет быть произведен обычными методами.
3. Замыкание между витками одной фазы статора (витко-
вое замыкание) ведет к нарушению симметрии двигателя и
к увеличению токов в фазах. Величина тока зависит от про-
цента замкнувшихся витков и в худшем случае, при замыка-
нии между выводом фазы и нейтралью, равна току однофаз-
ного замыкания при заземленной нейтрали.
440

При всех перечисленных видах повреждений двигатель
должен быть отключен от сети. Как правило, это не пре-
дотвращает повреждения двигателя, но прекращает развитие
аварии. При токах замыкания на землю, меньших 10 а, за-
шита от замыканий на землю может действовать на сигнал.
Ненормальные режимы. Основным видом ненор-
мальных режимов является перегрузка электродвигателя.
Перегрузка может происходить по технологическим причи-
нам, т. е. из-за перегрузки приводимого механизма, при сни-
жении напряжения и частоты в системе, при самозапуске
двигателей и при работе на двух фазах.
Перегрузки двигателя ведут к перегреву обмоток и изо-
ляции и сокращению срока службы последней. Опасность
преждевременного износа изоляции возникает только при
превышении максимально допустимой температуры изоляции.
Следовательно, кратковременные перегрузки, в течение кото-
рых двигатель не успевает значительно нагреться, не явля-
ются опасными. Скорость нагрева определяется постоянной
времени Г, т. е. временем, по истечении которого превышение
температуры обмоток составляет 0,632 от установившегося
значения температуры ^i (рис. 12-4) и которая, в свою оче-
редь, зависит от теплоемкости машины [60]. На рис. 12-4
показана идеальная кривая нагрева в случае, когда превыше-
ние температуры двигателя над температурой окружающей
среды равно т0.
При заданном значении допустимого превышения темпе-
ратуры допустимое время перегрузки двигателя определится
как
— -k2
15(кя zH «^ (12-1)
где т и iH — допустимое и номинальное превышения тем-
пературы двигателя над температурой охлаж-
дающей среды;
к — / » Кнач — I ->
J ном 1ном
Jsh — номинальная плотность тока в обмотках.
Зависимость допустимого времени перегрузки от кратно-
сти тока перегрузки для конкретного двигателя представлена
на рис. 12-5. Пунктиром показана идеальная характеристика
реле защиты от токов перегрузки. Большее или меньшее при-
ближение к указанной характеристике достигается разными
способами. Близко к ней подходит характеристика реле ти-
па ИТ-80 (кривая 3 рис. 12-5; описание реле см. § 3—4).
Технологическая перегрузка может быть лег-
ко устранена путем разгрузки приводимого механизма.
.441

Перегрузка из-за снижения общей частоты
в системе объясняется тем, что при снижении частоты
индуктивное сопротивление двигателя уменьшается и он
начинает потреблять из сети больший ток. Это ведет к сниже-
нию напряжения. В результате снижения напряжения двига-
тель перегружается еще больше.
Рис. 12-4. Кривые изменения температуры обмоток при нагревании
и охлаждении двигателя:
1 — кривая нагрева двигателя при т = т0 (температура двигателя на т0 превы-
шает температуру окружающей среды); 2 — кривая нагрева двигателя при т = 0;
3 — кривая охлаждения двигателя, отключенного в момент времени t = 0.
Понижение напряжения в сети происходит,
кроме того, при близких коротких замыканиях, при пуске
мощных двигателей, при самозапуске группы двигателей (см.
ниже). Момент двигателя и его скольжение (см. рис. 12-1),
как указывалось, пропорциональны квадрату напряжения.
При снижении напряжения момент двигателя уменьшается,
и если противодействующий момент остается постоянным, то
скольжение увеличивается, а кратность максимального мо-
мента уменьшается. Как показывает рис. 12-1, если напряже-
ние снижается до 80% от иноли то скольжение увеличивается
от s\ до s2 и точка устойчивой работы переходит из А в Б.
С ростом скольжения двигатель потребляет из сети боль-
шую реактивную мощность, и полный ток двигателя растет.
Двигатель начинает перегружаться. С увеличением тока рас-
342

гут падения напряжения в подводящей сети; вследствие этого
повторный разворот двигателя до номинальных оборотов бы-
вает затруднен даже после исчезновения причины, вызвавшей
первоначальную посадку напряжения, т. е. двигатель длитель-
ное время будет работать с перегрузкой. Рис. 12-6 показывает
зависимость тока двигателя от напряжения на шинах. Глу-
бокая и длительная посадка напряжения может привести к
тому, что момент двигателя станет меньше момента приводи-
. , , , , _ , , , , (Jfi X , . ,
Ol23456?89K-f- О/ 0,8 0,9 1,0 к .Ц
Рис. 12-5. /—допустимое время Рис. 12-6. Зависимость тока дви-
перегрузки для двигателя, ра- гателя от напряжения на его за-
ботавшего в номинальном режиме жимах,
при Дт=40°С и jsh =4 а/мм2; 2 —
идеальная характеристика реле;
3 — характеристика реле ИТ-80 при
tCp=3,5 сек.
мого механизма (см. рис. 12-1), в результате чего двигатель
затормозится и его ток возрастет до пускового значения. Для
защиты двигателя от длительного и глубокого снижения на-
пряжения устанавливается защита минимального напряжения.
Самозапуск двигателей происходит в том случае,
если они затормозились частично или полностью из-за сниже-
ния или кратковременного исчезновения напряжения в питаю-
щей сети, но остались подключенными к сети и после восста-
новления напряжения на питающих шинах разворачиваются
до нормальных оборотов. Такой режим может иметь место
при тяжелых коротких замыканиях в сети, при отключении
питающей линии и включении (с некоторым интервалом) ре-
зервного питания и т. п. Самозапуск двигателей тяжел, так
как обычно одновременно разворачивается ряд двигателей.
Все они потребляют из сети большие токи и могут вызвать
^лубокую посадку напряжения в питающей сети. Токи само-
313

запуска могут быть значительными как вследствие заторма-
живания двигателей и соответствующего падения их сопротив-
ления, так и вследствие значительных остаточных напряжений,
генерируемых двигателями. В момент восстановления напря-
жения в питающей сети напряжения двигателей могут оказать-
ся несинхронными по отношению к напряжению сети, что, как
показывает опыт, в худших случаях приводит к уравнитель-
ному напряжению порядка (1,5-5-1,75) UHOm и соответственно
большому уравнительному току.
Резкое возрастание тока у группы двигателей во время
самозапуска ведет к большим потерям напряжения в питаю-
щей сети, в результате чего напряжение на шинах, к которым
подключены двигатели, может оказаться недостаточным для
их разворота (считается, что минимально допустимое напря-
жение составляет (0,55 — 0,7 UH0M).
Опыт эксплуатации и ряд экспериментов, проделанных
ОРГРЭС и ЦНИЭЛ, показывают, что при быстром отключе-
нии короткого замыкания или работе АВР в течение 0,2—-
0,4 сек. в период запуска можно добиться бесперебойной
работы всех двигателей (при условии питания от системы
бесконечной мощности).
Если время перерыва подачи питания превышает 0,5—
0,6 сек., то малоответственные двигатели должны быть отклю-
чены, чтобы за счет снижения потребления реактивного тока
из сети обеспечить быстрое восстановление напряжения и са-
мозапуск ответственных двигателей. Время отключения мало-
ответственных двигателей порядка 0,5 сек. является опти-
мальным. Уменьшение его ведет к неоправданному отключе-
нию механизмов, увеличение — к более глубокой посадке на-
пряжения и утяжелению самозапуска ответственных меха-
низмов.
Работа двигателя на двух фазах. Этот вид
ненормального режима характерен для двигателей низкого
напряжения и, как правило (—75% случаев), является след-
ствием перегорания одного из предохранителей. Последнее
обычно происходит из-за неидентичности предохранителей
в фазах. Кратность максимального момента и критическое
скольжение при обрыве фазы уменьшаются почти в 2 раза,
и двигатель может затормозиться, при этом пусковой ток со-
ставит ^-уот нормального пускового тока. Ьсли же максималь-
ный момент при обрыве фазы окажется все-таки большим
рабочего, то двигатель будет продолжать работать, но с по-
вышенным скольжением, в результате чего токи статора
и ротора будут в 1,5—2 раза больше номинальных. Это может
вызвать опасный перегрев обмотки и изоляции. В случае пуска
двигателя с оборванной фазой в нем возникают моменты поло-
жительной и отрицательной последовательностей, равные по
344

величине и противоположные по направлению, в результате
чего двигатель не развернется и пусковой ток будет протекать
до отключения либо выхода из строя двигателя. Для предот-
вращения работы двигателя на двух фазах устанавливаются
специальные защиты, принципы построения которых изложе-
ны ниже.
12-3. Защита двигателей от междуфазных и однофазных
замыканий
Защита высоковольтных двигателей устанавливается не-
посредственно за выключателем двигателя, так что в ее зону,
кроме двигателя, входят кабель и муфты. В качестве защи-
От других
защит
Рис. 12-7. Защита двигателя от
междуфазных замыканий.
Рис. 12-8. Защита асинхронного дви-
гателя с помощью реле типа ИТ-80.
ты от междуфазных замыканий используется максимальная
токовая отсечка.
Поскольку двигатели работают, как правило, в сетях с ма-
лым током замыкания на землю, трансформаторы тока обыч-
но устанавливают только в двух фазах. Могут быть исполь-
зованы первичные или вторичные реле прямого или косвен-
ного действия. Оперативный постоянный ток преимуществен-
но используется там, где для иных целей уже установлена ак-
кумуляторная батарея; в остальных случаях следует исполь-
зовать оперативный переменный ток.
Защита от междуфазных замыканий должна быть от-
строена от пусковых токов двигателя.
Апериодическую слагающую тока нужно учитывать при
выборе уставки повышением коэффициента надежности.
Для двигателей с фазным ротором пусковой ток должен
приниматься при выведенном роторном реостате (Rp = 0).
Таким образом, ток срабатывания реле отсечки опреде-
лится выражением
v
^н ' "•с \
пуск, max
П
ТТ
(12-2;
34Б

гтчп:
Здесь кн выбирается равным 1,4-г 1,5 для реле типа ЭТ и
1,8 4-2—для реле типа ИТ.
Подсчитанный таким образом ток срабатывания реле мо-
жет оказаться в 10—20 раз больше номинального, а ток сра-
батывания защиты — в 8—15 раз. Это обстоятельство сни-
жает чувствительность защиты и должно быть учтено при
выборе трансформаторов тока, чтобы избежать их насыщения.
Отстройку защит от
пускового тока в не-
которых случаях осу-
ществляют и эмпириче-
ски, путем постепен-
ного повышения устав-
ки во время пробных
пусков, до тех пор,
пока реле перестанет
срабатывать. Это по-
зволяет иногда избе-
жать чрезмерного за-
вышения уставки. Ог-
сечки у двигателей
должны быть без вы-
держки времени.
Защиты, когда это
возможно, должны вы-
полняться по схеме на
разность токов (рис.
12-7). Если чувстви-
тельность при этом ока-
зывается недостаточной,
нужно выполнять за-
щиту в двухрелейном
исполнении (рис. 12-8).
Низковольтные (до
1000 в) электродвигате-
ли защищаются от междуфазных коротких замыканий с по-
мощью плавких предохранителей или автоматических воздуш-
ных выключателей. Ток плавкой вставки hem выбирается по
двум условиям*
/ - / it / ^ 1^-с-
1вспг -с*- 'рао и *ост ^95
гДе 1раб И 1Пуск
JHC
12-9. Защита электродвигателя от
замыканий на землю.
(12-3)
рабочий и пусковой токи двигателя.
Ток срабатывания автоматического выключателя выби-
рается так же, как и для защит высоковольтных двигателей.
На ответственных двигателях высокого напряжения, име-
ющих шесть выводов фазных обмоток, может быть установле-
на дифференциальная токовая защита, аналогичная защите
генераторов (см. гл. 9).
346

Защита электродвигателей оi замыкания
одной фазы на землю. Электродвигатели присоединя-
ются к шинам с помощью одного трехжильного кабеля и ра-
ботают, как правило, в сетях с изолированной нейтралью.
Поэтому при естественном токе замыкания на землю, превы-
шающем 10 а, двигатели оборудуются защитой от замыканий
на землю. Для этой цели обычно используются трансформа-
торы тока нулевой последовательности с кольцевым магпито-
проводом. Схема защиты приведена на рис. 12-9 и пояснений
не требует (см. § 3-13). В ряде случаев при замыканиях на
землю защита действует на сигнал.
12-4. Защита от перегрузки
Защитами от перегрузок оборудуются только двигатели,
которые подвержены технологическим перегрузкам или
имеют тяжелые условия пуска и самозапуска. Остальные
двигатели защитами от перегрузок не оборудуются. Защита
должна устранять причины перегрузки, т. е. разгружать при-
водимый механизм либо действовать на сигнал.
В случае отсутствия постоянного дежурного персонала и
невозможности устранения причины перегрузки защита долж-
на действовать на отключение.
Ток трогания защиты от пере1рузок выбирается в преде-
лах (1,25—1,5) 1ном по формуле
Выдержка времени защиты должна быть большей воз-
можного времени пуска двигателя.
Защита обычно выполняется па базе индукционных эле-
ментов реле ИТ-80 (см. рис. 12-8) или реле ЭТ-520 с реле
времени.
Раньше для защиты двигателей от перегрузок и коротких
замыканий широко использозались тепловые реле, ко-
торые эксплуатируются и в настоящее время. Принцип их ра-
боты заключается в следующем' биметаллическая пластинка
нагревается током, который пропускается либо прямо
через нее, либо через окружающую пластинку спираль. Она
изгибается в сторону слоя с меньшим температурным коэф-
фициентом удлинения и замыкает контакты реле. Время за-
мыкания зависит от величины протекающего тока. Достоин-
ством реле является то, что при тщательном подборе тепло-
вого элемента его характеристика близко совпадает с харак-
теристикой 1 =/(/) электродвигателя (см. рис. 12-5). Реле
имеют следующие недостатки: а) при коротких замыканиях
они отключают двигатель с некоторой выдержкой времени,
а не мгновенно; б) их тепловая характеристика не всегда со-
347

впадает с тепловой характеристикой двигателя, в результате
чего реле могут срабатывать ложно и не работать, когда это
необходимо; в) они сложны в эксплуатации и подвержены
температурному влиянию окружающей среды. Поэтому теп-
ловые реле для защиты двигателей в настоящее время не
рекомендуются. Однако они имеют значительное распро-
странение за рубежом, особенно в Германии. В США для за-
щиты от перегрузки мощных двигателей (свыше 1000 л. с.)
нашла применение тепловая защита, состоящая из токового
реле, включенного в нейтраль моста Витстона. Два термосо-
противления, включаемые в плечи моста, встраиваются одно
в обмотку, другое в охлаждающий тракт. Таким образом, по
реле протекает ток, определяемый разностью температуры
обмотки и охлаждающей среды. Защита выполняется с дей-
ствием на сигнал.
12-5. Обеспечение самозапуска двигателей
Обеспечение самозапуска основных технонологических
электродвигателей имеет большое значение. Особенно важно
обеспечение самозапуска двигателей собственных нужд те-
пловых электростанций. Правильная настройка релейной за-
щиты группы двигателей и питающих их трансформаторов
или линий должна обеспечивать самозапуск всех или части
двигателей после посадки напряжения или кратковременного
перерыва питания.
Работы ОРГРЭС показали, что мощность электродвига-
телей, подключенных к питающему трансформатору и обес-
печиваемых самозапуском, может превосходить мощность
питающего трансформатора. При незагруженном транс-
форматоре эту мощность можно ориентировочно принимать
равной 10 -ек % от мощности трансформатора.
Большой ток, возникающий при самозапуске, не должен
приводить к ложному срабатыванию защит питающего транс-
форматора, для чего уставки последних выбираются из
расчета
1сз = £j- 1сз. Т, (12-5)
где Jcj.f —суммарный ток самозапуска, равный
а Хов определяется из соотношения
Ха,= "*-«"*_, (12-7)
1сз. сум J пуск. су.и
где/^суммарный берется из каталогов или опыта при U—Uhov
и 5 =г ].
348

Необеспечиваемые самозапуском двигатели должны
быть отключены через 0,5 сек. В случае необходимости они
могут отключаться поочередно в зависимости от длительности
посадки напряжения: первая очередь—через 0,5 сек., вторая—
через 2—3 сек., третья — через 5—6 сек., в зависимости от
степени ответственности двигателей. Отключение может быть
произведено соответственно настроенными защитами от пе-
регрузок или, что используется чаще, защитами минималь-
ного напряжения. Указанное поочередное отключение в на-
стоящее время почти не применяется.
Самозапуск двигателей низкого напряжения достигается
путем незначительных изменений в схеме пускателя, которые
позволяют осуществить задержку размыкания цепи катушки
контактора с целью обеспечения его повторного включения
после восстановления напряжения. Иногда производится
замена магнитных пускателей автоматами максимального
тока, уставки реле которых выбираются по условиям само-
запуска.
12-6. Защита минимального напряжения
Защита минимального напряжения обычно устанавли-
вается групповой для двигателей, подключенных к одной сек-
ции шин. Ее назначение заключается в следующем:
а) отключить часть двигателей с выдержкой времени,
несколько большей, чем время действия защит от междуфаз-
ных замыканий (~0,5 сек.);
б) отключить ответственные двигатели после длитель-
ного исчезновения напряжения (10—15 сек.).
Уставка защиты по напряжению должна быть меньшей
минимально возможного напряжения на шинах:
где kH = 1,1 -г 1,2 и К >1.
Целесообразно, чтобы уставка была несколько ниже на-
пряжения, при котором вращающий момент А/тах становится
меньшим противодействующего (см. рис. 12-1). Обычно при-
нимают
Ucp^(0fi + 0,7)UHOM.
Для магнитных пускателей низковольтных двигателей,
которые являются в то же время защитой минимального
напряжения, Uотп должно выбираться порядка (0,2—0,3)UHOM.
Тогда магнитный пускатель имеет задержку на отпа-
дание за счет подпитки напряжением со стороны двигатели.
Защита минимального напряжения выполняется обычно
двумя или тремя реле, включенными на междуфазные напря-
319

жения, контакты которых включены последовательно, чтобы
избежать ложной работы защиты при перегорании предо-
хранителя в цепи напряжения. Схема защиты в трехфазном
исполнении представлена на рис. 12-10. Защита имеет обыч-
но два реле времени, одно из которых с выдержкой времена
0,5 сек. отключает группу малоответственных двигателей.
И лром поле
дбигатЬелей
L*G,Jc£k t» 1С сек.
А
Рис. 12-10. Защита двигателей минимального напря-
жения.
а второе с выдержкой 10—15 сек. — ответственные двигате-
ли, приводящие механизмы, самозапуск которых после дли-
тельного перерыва питания нежелателен по технологическим
причинам.
12-7. Защита низковольтных двигателей от работы
на двух фазах
Для защиты низковольтных двигателей от работы на
двух фазах предложено большое количество схем и устройств.
Они значительно отличаются друг от друга как по принципу,
так и по исполнению.
Ниже в качестве примера описаны три такие схемы.
1. Защита от перегорания предохранителя
в одной фазе (автор Г. С. Панфилов). Схема защиты
изображена на рис. 12-11, а. Использовано специальное реле
350

Р, на магнитопроводе которого расположены три обмотки
Piy P2 и Р3 (рис. 12-11,6). Обмотки включаются параллельно
предохранителям, как показано на рис. 12-11, а, и нормально
шунтируются предохранителями. В случае перегорания од-
Рис. 12-11. Зашита двигателя от перегорания предохранителя..
к
" "2—
п с
Зъ , ..Л k
—— Ъ£Г-Г
ФТОП
г—1 п
Рис. 12-12. Защита двигателя от работы на двух фазах.
ного из них по той обмотке, которая шунтировалась сгорев-
шим предохранителем, протекает ток- Реле настроено так,
что ток в одной обмотке является достаточным для срабаты-
вания реле. Нормально закрытые контакты реле размыка-
ются и двигатель отключается.
35*

Защита работает надежно при перегорании предохрани-
телей, однако не отключает двигатель, если обрыв фазы
произошел по другой причине. Это является ее недостатком.
2. Схема защиты двигателя от работы на
двух фазах (схема ВУГИ и ДОНУГИ). Схема использует
фильтр токов отрицательной последовательности ФТОП,
*Ua-Uc
Рис. 12-13. Векторные диаграммы к схеме защиты по рис. 12-12.
& -нормальный режим; б — обрыв фазы Л; в — обрыв фазы С, г —■ обрыв фазы В.
Рис. 12-14. Защита двигателя от работы на двух фазах
включаемый так, как показано на рис. 12-12. Параметры
фильтра подбираются так, чтобы в нормальном режиме его
векторная диаграмма имела вид, изображенный на рис.
12-13, а. При этом Uc = Uau напряжение выхода Um„ равно
нулю. При обрыве любого провода на выходе ФТОП появля-
ется напряжение Umrr величину которого для каждого кон-
кретного случая обрыва можно установить из рис. 12-13. Это
напряжение Umn через выпрямитель подается на поляризо-
ванное реле Р, которое имеет также тормозную обмотку Т.
Последняя вместе с конденсатором Ср необходима для от-
стройки по времени от токов небаланса фильтра, возникаю-
352

щих при несимметричных коротких замыканиях вблизи дви-
гателя, при тяжелом пуске и т. д.
Схема работает хорошо, но относительно дорога и поэто-
му широко не применяется. Достоинством схемы является то,
что она может служить одновременно для защиты двигателя
от несимметричных и витковых замыканий, а также от по-
вреждений в роторе.
3. Защита от работы на двух фазах (автор
А. И. Ангели). В магнитный пускатель вместо тепловых реле
встраиваются реле максимального тока IP, 2P, ЗР (рис.
12-14), которые держат свои контакты замкнутыми при обте-
кании их катушек пусковым и номинальным током двигате-
ля. При обрыве одной из фаз реле этой фазы размыкает свой
контакт вследствие исчезновения тока, и двигатель отклю-
чается. Ввиду сложности схема не нашла широкого приме-
нения.
12-8. Технологические блокировки электродвигателей
Иногда по условиям технологического режима или техни-
ки безопасности при отключении одного из двигателей необ-
ходимо отключить все двигатели, связанные с ним по техно-
логической цепочке. Так, например, при отключении одного
из двигателей топливоподачи на электростанции должны
быть автоматически отключены все остальные двигатели, что-
бы избежать завала топливом остановившегося звена.
Такие блокировки называются технологическими и рас-
сматриваются в курсе автоматики.
Вопросы эксплуатации, периодических поверок релейной
защиты и пр. освещены в ряде книг [8, 9, 14] и потому здесь
не рассматриваются-
»3 -М Г Титлренко и II Л Носков-Дукельский

Приложение 1
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА СИММЕТРИЧНЫХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ
Метод симметричных составляющих применяется для расчета не-
симметричных режимов трехфазных электрических цепей и, в частности,
для расчета несимметричных коротких замыканий в электрических
сетях*
На рис, П1-1,а изображена трехфазная несимметричная система
токов (а, 1в и /с . Каждый из токов этой системы можно представить
Рис. П1-1, Несимметричная система токов (а) и ее симметричные со-
ставляющие прямой (б), обратной (в) и нулевой последовательностей (г).
в виде суммы трех векторов, образующих симметричные трехфазные
системы: прямой (положительной), обратной (отрицательной) и нуле-
вой последовательностей:
/л = (\Л +/2А i- lOA,
(в = 1\в -г Ьв -|- he, (HI-О
/с = he + he -r /ос,
Токи прямой последовательности обозначаются индексом / и об-
разуют симметричную звезду векторов с прямым порядком чередо-
вания фаз- А—В—С—А (рис. П\Л,б).
354

Токи обратной последовательности обозначаююя индексом 2 и обра-
*уют симметричную звезду векторов с обратным порядком чередования
фаз: А—С—В—А (рис. П\Л,в).
Токи нулевой последовательности фаз равны по величине и со-
впадают по фазе (рис. П1-1, г).
Токи всех последовательностей принимаются вращающимися с оди-
наковой скоростью со в одном и том же направлении (положительное
направление — против часовой
стрелки). Таким образом, любая
несимметричная трехфазная система
векторов может быть представлена
как сумма трех систем симметричных
составляющих (векторов) определен-
ной величины и с определенным
начальным взаимным расположением.
При анализе несимметричных
коротких замыкалий оказывается
возможным и удобным представ-
лять составляющие токов фаз В
н С через составляющие тока фазы
Л, которую в этом случае называют
основной фазой, и так называе-
мый оператор фазы а. Оператор а
является единичным вектором (модуль равен единице) и составляет с по-
ложительной осью вещественных величин угол 120° (рис. П1-2). Действи-
тельная и мнимая составляющие оператора фазы а есть проекции на
соответствующие оси данного вектора.
Основные свойства оператора а:
Рис П1-2. Симметричная
трехфазная система единич-
ного вектора - оператора
фазы а.
а = ^120° ,
■0,5
^З
^^_0,5-/£?,
а* = я, (П1-2)
«2 + Л+ 1-0.
Умножение вектора на оператор а соответствует повороту этого
вектора в положительном направлении на угол 120°, умножение на а2
означает поворот на 240°.
Так, для составляющих прямой последовательности (рис П1-1, б)
1\в = а- 1\а ,
he = а!\А ,
(П1-3)
23*
355

Для составляющих обратной последовательности (рис. П1-1,в)
Нв <= ahA,
(П1-4)
he =a2hA .
Для составляющих нулевой последовательности (рис. 111-1,2)
Гоа^1ов = 1ос- (П1-5)
Поскольку при расчете токов короткого замыкания определяют токи
и напряжения всех трех фаз, то в общем случае приходится определять
18 симметричных составляющих. Однако вследствие того, что мы рас-
сматриваем три системы симметричных составляющих, достаточно
вести расчет на одну фазу, т. е. определять всего 6 неизвестных — сим-
метричные составляющие токов и напряжений одной фазы. Составляющие
двух других фаз находятся по формулам вида (П1-3) —(П1-5). В этом
одно из основных достоинств метода симметричных составляющих.
Если обозначить одинаковые по величине и фазе нулевые соста-
вляющие фаз через /о, то трехфазная система токов (см. форм. (П1-1)
с учетом (П1-3) — (Ш-5) может быть представлена такими уравнениями
/л = 1\а + hA + К»
lB=(flhA + akA + lo. (П1-6)
1С = а па + а2 /2Л 4- /0.
Система уравнений (Ш-6) позволяет определить полные токи всех фаз
по симметричным составляющим одной фазы (основной): f\A, Иа и j0
Из системы (Ш-6) легко пoлvчить формулы для определения сим-
метричных составляющих по известным фазным токам:*4
/м= 1-(/А + а/д-г-л2/с).
о
На = ~ (М + а?1в + а1с), (П1-7)
о
Отметим, что формулы для полных напряжений и составляющие
напряжений имеют такой же вид, как и формулы для токов:
* Для вывода формулы тока прямой последовательности 1\а в си-
стеме уравнений (П1-6) умножим вторую строку на а и третью строку
на а2 и сложим полученные уравнения; при выводе формулы тока
обратной последовательности /2А поступаем аналогично, но умножаем
вторую строку на а2 и третью строку на а и складываем полученные
уравнения; при выводе формулы для /0 складываем уравнения (Ш-6);
при выводе всех этих формул пользуемся для сокращений соотноше-
ниями (П1-2)
356

()в = л3 i/iA -f л ^2А + ^о » (П1-ба)
<Ус = a tliA 4- a2 U2A + £>0.
£>1А - 1 (£/а -1- л 0в + a? Uc)
о
U2k = I (I/a -; л2 £fc + л Ос). (П1-7а)
Симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой после-
довательностей токов и напряжений связаны между собой коэффициента-
ми пропорциональности, которые являются сопротивлениями соответствен-
но прямой, обратной и нулевой последовательностей. При расчете токов
короткого замыкания по методу симметричных составляющих обычно
не учитывают относительно малые активные сопротивления, ограничи-
ваясь учетом только реактивных сопротивлений. Реактансы прямой,
обратной и нулевой последовательностей (обозначаются соответственно
Хъ Х2 и Х0) определяются на основании параметров схемы, в которой
рассматривается несимметричный режим. Ниже приводятся значения со-
противлений отдельных последовательностей для основных элементов
электрической системы.
Реактанс прямой последовательности Х\ есть сопротивление
данного элемента при симметричном трехфазном режиме. Значения Х\
обычно приводятся в справочниках и каталогах на оборудование (генера-
торы, трансформаторы и т. д.) или рассчитываются; этими значениями
пользуются при расчете трехфазных симметричных коротких замыканий.
Реактанс обратной последовательности Х2 для всех элементов
электрической системы без вращающихся магнитных полей равен реак-
тансу прямой последовательности этих элементов. Таким образом, дл*
трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий Х2 = Х\.
У синхронных машин Х2 зависит от конструкции машин и симметрич-
ности расположения ротора в расточке статора, т. е. от сверхпереход-
ных сопротивлений по продольной (Xd") и поперечной осям (Xq"),
Значения Х2 обычно даются в каталогах генераторов, но при отсут-
ствии таких данных можно считать
Х2 = 1,22 Xd" —для турбогенераторов;
Х2 --= (l,8-f2)Ay — для гидрогенераторов;
Х2 — Х1 — для синхронных компенсаторов и крупных синхронных
двигателей.
Иногда в приближенных расчетах принимают для генераторов и ком-
пенсаторов всех типов Хо = Х\.
Реактансы нулевой последовательности резко отличаются от ре-
актансов прямой и обратной последовательностей для большинства эле-
ментов электрической системы.
357

1 Сопротивления нулевой последовательности воздушных '
пий принимают равными:
для одноцепных линий без тросов Х0 — 3,5 Х\\
для одноцепных линий с тросами Х0 = 2 Х\;
для двухцепных линий без тросов Х0 = 5 Х\\
для двухцепных линий с тросами Xq — 3 Х\\
(для одноцепной воздушной линии обычно принимают Ai=0,4 ом/км).
(для
Л'о
2. Для кабельной линии можно принимать Х0= 4,6 Х\
грехжильного кабеля в зависимости от напряжения передачи
-- (0,08... 0,12) ом/км).
3. Для реакторов Х0 — A'i.
4. Для синхронных генераторов: неявноиолюсных
— 0,4 Xd", явнополюсных Х0 = 0,25 Xxd.
5. Сопротивления трансформаторов являются основными в
схемах замещения нулевой последовательности. Величина сопротивления
Xq зависит от конструкции трансформатора, схемы соединения его обмо-
ток, а также режима нейтрали данного трансформатора и наличия за-
земленных точек у других трансформаторов или генератороз системы
В таблице П1-1 приведены значения Х0 трансформаторов для случая
возникновения короткого замыкания со стороны обмотки трансформатора,
соединенной в звезду с заземленной нулевой точкой ( Ао)» Для транс-
форматора с соединением обмоток Ао/Ао приведены значения Х0 для
случая, когда для тока нулевой последовательности имеются пути на
обеих сторонах трансформатора, т. е. в сети имеется по крайней мере
еще одна заземленная точка.
Таблица П1-1
Значения А0 двухобмоточных трансформаторов
Соединение обмоток
трансформатора
Конструкции
трансформаторов
Трехфазные
грехстержневые
Броневые, трехфазные четырех-
етержневые, группы из одно-
фазных.
Ао/А
Ао/А
Х0 = Хг
!
XQ =Xi
Xq—
=(10-20)*!
хЛ
Ао/Ао
Вводятся в схему
нулевой последова-
тельности полной
'схемой замещения,
е. с учетом на-
магничивающей
ветви и второй об-
мотки трансформа-
кора.
А' = X,
Следует отметить, что если короткое замыкание происходит на той
стороне трансформатора, обмотки которой соединены в треугольник или
358

звезду с изолированной нейтралью, то независимо от конструкции транс-
форматора и схемы соединения второй обмотки реактанс Л"0 равен
бесконечности вследствие отсутствия путей для токов нулевой последо-
вательности.
Аналогичные значения Х0 имеют трехобмоточные трансформаторы
По реактансам X\t X2 и Х0 составляются схемы замещения отдель-
ных последовательностей для рассматриваемого вида несимметричного
короткого замыкания с приведением реактанса к той ступени напряже-
ния, где рассчитывается короткое замыкание.
Схема замещения составляется для одной фазы. Выше было отме-
чено, что, определив составляющие одной (основной) фазы, можно лег-
ко определить по формулам (П1-6), (П1-ба) токи и напряжения всех
трёх фазц Удобнее всего в качестве основной фазы выбирать так назы-
ваемую особую фазу, т. е. такую фазу, которая при (данном
виде несимметричного короткого замыкания находится в условиях,
этличных от других фаз. Например, фаза А будет особой, если
происходит двухфазное короткое замыкание фаз В и С или однофазное
замыкание фазы А.
G х е м а замещения прямой последовательности
есть схема, составленная обычным способом для вычисления трехполюс-
пого короткого замыкания (рис. П1-3, а). Генераторы электрических
станций являются источниками э.д.с. только прямой последовательности
Поэтому в схеме замещения прямой последовательности действуют э.д.с
генераторов, и по закону Кирхгофа для схемы прямой последователь-
ности справедливо соотношение
Ек =1гьухг+ Uu\ . (П1-8)
Здесь U\a — составляющая напряжения прямой последовательности,
возникшая вследствие несимметричного короткого замы-
кания в точке К.
Схема замещения обратной последовательности
(рис. П1-3, б) аналогична схеме прямой последовательности и отличается
эт нее лишь тем, что в схему включены сопротивления обратной последо-
вательности Х2 и источником э.д.с. является точка несимметричного ко-
роткого замыкания, где возникло напряжение обратной последователь-
ности. Для этой схемы справедливо соотношение"'
№л= -hhjX,. (П1-9)
Схема замещения нулевой последовательности
(рис. П1-3, в) обычно резко отличается от схем замещения прямой и об-
ратной последовательностей как по конфигурации, так и по значениям
входящих в схему реактансов. Конфигурация схемы замещения нулевой
последовательности в основном определяется схемами соединения обмо-
ток, режимом нейтрали и конструкцией входящих в схему трансформа-
* За положительное направление тока в (П1-9) и (П1-10) принято
направление от генератора в линию
35')

торов. Выше приведены значения Л'0 основных элементов электрическоГ.
системы и трансформаторов (см. табл. П1-1). Для схемы замещения ну-
левой последовательности справедливо соотношение
£/оа = — /оа JXq .
(ПЬЮ)
На основании указанных выше схем замещения определяются токи
и напряжения в нужных точках сети соответствующей последователь-
©-
а г, хг
*1
j) *f ъ хф
Рис. П1-3. Схема несимметрич-
ного короткого замыкания
в точке К (а) и схемы за-
мещения прямой (б), обрат-
ной (в) и нулевой после-
довательностей (г).
Рис. П1-4. Комплексные схе
мы замещения для двухфаз-
ного (а), двухфазного на
землю (б) и однофазного
короткого замыкания (в)
ности вне зависимости от действия составляющих других последова-
тельностей. Полные токи и напряжения фаз затем определяются по
формулам (П1-6) и (П1-ба).
Вместо схем замещения отдельных последовательностей для расчета
несимметричных коротких замыканий может быть применена к о м п-
лексная схема замещения, которую также следует составлять для
особой фазы. На рис. П1-4 приведены комплексные схемы замещения
различных видов короткого замыкания. Пользуясь комплексной схемой
замещения, можно рассчитывать любое несимметричное короткое замы-
кание как трехполюсное симметричное и определять ток прямой после-
360

довательности, протекающий в схеме с результирующим сопротивлением,
величина которого зависит от вида короткого замыкания:
а) для трехполюсного короткого замыкания ХрСз = Xt;
б) для двухфазного без земли Хрез -- Xt -]- Л',,
Хрсг
в) для двухфазного на землю
г) для однофазного замыкания в сети с за ■
Хх+фЛ-
Х2+Хо
земленной нейтралью Хрез = Хх -г Х2 + Х0.
Ток прямой последовательности особой фазы определяется по ве-
личине Хрез одним из известных методов, например, методом расчет-
ных кривых. Токи обратной и нулевой последовательностей особой фазы
рассчитываются по току прямой последовательности для данного вида
короткого замыкания. Эти формулы, выведенные на основании комплекс-
ных схем замещения, приведены в таблице П1-2. Токи и напряжения
двух других фаз определятся по формулам (П1-6) и (П1-6а).
Таблица П1-2
Формулы для вычисления токов обратной и нулевой последовательностей
особой фазы по току прямой последовательности
Последователь-
ность тока
Вид несимметричного короткого замыкания
Двухфазное
без земли
Двухфазное с землей
Однофазное
Обратная
Пулевая
h\ =-- — /ia
/за
/„
/lA
1\К
х2+х0
Хп
Х2+Ха
/2\ =/ia
h = /lA

Приложение
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ТОКОВЫХ РЕЛЕ ТИПОВ ЭТ и ЭТД
I Пределы ус-
I НП реле | тавки тока
срабатывания,а
Исполнение
контактов
Н. О. H. 3.
Коэф.
воз-
врата
Потребляемая
мощность при
токе минималь-
ной уставки, да
Время сраба-
тывания реле, {
Нагрузочная способ-
ность контактов
Где применяются реле
ЭТ-5211
ЭТ-5222
ЭТ-5232
0,05 - 200
0,05-г 100
0,05 -г ЮО
ЭТ-523/1д3
_ —
ЭТ-5611
ЭТ-521/Ф
ЭТД-551/40
ЭТД-551/50
ЭТД-551/60
0,15 - 1
^5-Ш~для~
защиты тр-
ров; 1,66-10
для защиты
ген-ров
1,75-8,8
10-40 ма
12,5 — ЪОма
16 — 60 ма
1
1
1
1
1
1
0,85 0,1-1-10 | При
| 1,2 \уст. —
—0,15 сек.
0,85 0,1 -f 2,5 При
0,85 0,1 -г 2,5 j 2 \уст.—
I -0,02-f
-0,03 сек.
В цепи постоянного тока с
индуктивной нагрузкой —
50 вт при напряжении до
200 в и токе до 2 л; в цепи
переменного тока — 250 ва
при напряжении до 250 в
и токе до 2 а.
0,65
0,8
0,3
То же
То же
— ! 0,8
U 0,5
0,1-г 0,2
0,0и8
При
1,2 \уст.—
- 0,25 сек.
При
1,2 \yctn.—
—0,15 сек.
При
2 \yctn,—
- 0,03 сек.
Во всех схемах в качестве
мгновенных реле макси-
мального тока
То же
То же
То же
В цепи постоянного тока
с индуктивной нагруз-
кой 20 вт, в цепи пере-
менного тока — 100 ва
при напряжении до250в
и токе до 2 а.
Для зашит, где требуется
большая кратность длитель-
но допустимого тока к току
срабатывания реле
В схемах дифференциаль-
ной защиты силовых
трансформаторов и ге-
нераторов
В схемах поперечн. диффе-
рент защиты статоров
генератор.
Для защиты от замыканий
на землю генераторов и
двигателей, работающих
в сети с малым током
замыкания на землю.
Реле изготовляются на максимальные токи срабатывания: 0,2; 0,6; 2; 6; 10; 20; 50; 100 и 200а
Реле изготовл> ются на максимальные токи срабатывания: 0 2; 0,6; 2; 6; 10; 20; 50 и 100<7
Реле термически устойчиьо при односекундном токе до 300а.
Реле поставляется комплектно с вспомогательным насыщающимся трансформатором типа ВТН-56]

СО
СП
со
Приложение 3
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИНДУКЦИОННЫХ ТОКОВЫХ РЕЛЕ ТИПА ИТ-80
Номи-
' наль-
Тип реле \ ный
' ТОК, '
а
Исполнение контактов
Уставки по току
срабатывания,
а
I Ос-
l HOB-
! ной
j Н О.
Ос-
нов-
ной
н. з.
Сиг-
нальный
н. о.
Пределы
уставки
по време-
ни сраба-
тывания
ИТ-81Б/1
ИТ-81Б/2
ИТ-82Б/1
ИТ-82Б/2
ИТ-8Я/1
ИТ-83/2
ИТ-84/1
ИТ-84/2
ИТ-85/1
ИТ-85'2
ИТ-86/1
ИТ-86/2
10
5
10
5
10
5
4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 |
2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 и 5
4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 ;
2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 и 5
4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10
2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4.5 и 5 ,
4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10
2; 2,5, 3; 3,5; 4; 4,5 и 5 '
10 | 4, 5, 6. 7, 8. 9 и 10
5 ' 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 и 5
— ■ 0,5-И
I
i
10 | 4 5, 6. 7, 8, 9 и 10 I 1
5 ' 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 и 5
24-16
1 * \
4 Мб
0,5-4
4 Мб
Нагрузочная способность контактов
На постоянном и переменном токе до 5а
при напряжении до 220 в.
То же
То же для основных контактов. Сигналь-
ные контакты при напряжении до 220 в
на постоянном токе до 0,2 а, на пере-
менном токе до 1 а.
То же, что и для ИТ-83
Главные контакты могут коммутировать
цепь переменного тока до 150а; сиг-
нальные контакты реле типа ИТ-86 то
же, что и для реле типов ИТ-83, ИТ-84.
Коэффициент возврата индукционного элемента не менее 0,8.
Потребляемая мощность при токе срабатывания индукционного элемента примерно 10 ва.
Элемент отсечки имеет регулировку кратности срабатывания в пределах (2-fl5) \сраб, инд. влем.

Приложение 4
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТИПА ЭН-520
Тип реле
ЭН-528/48
ЭН-528/160
ЭН-528/320
ЭН-529/160
Пределы ус-
тавки напря-
жения
срабаты-
вания, в
ЭН-524/60
ЭН-524/200
ЭН-524/400
ЭН-526/60
ЭН-526/60Д
ЭН-526/200
ЭН-526 '400
15 4-60
50 -т- 200
100 — 400
15-г 60
15 4-60
50 4-200
100 — 400
Исполнение
контактов
12 4-48
40 4- 160
80 — 320
40 4-160 ! 1
н. о. I н. з.
Коэффи-
циент воз-
врата
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,25
1,25
1,25
1,25
Потребляемая
мощность при
напряжении
минимальной
уставки, ва
Время срабаты-
вания реле,
сек.
2,5 ва при 30 в.
4
4
При \t2UyCm.
0,15 сек.
При 2UyCm.
0,024-0,03 сек.
При 0,8 Uу ст.
0,15 сек.
Нагрузочная способность
контактов
В цепи постоянного тока с индук-
тивной нагрузкой—50 вт при на-
пряжении до 220 в и токе до 2 я;
в цепи переменного тока—250 ва
при напряжении до 250 в и токе
до 2 а.
Реле ЭН-524 и ЭН-526—максимального напряжения, реле ЭН-528 и ЭН-529—минимального напряжения.
Реле ЭН-526/60Д поставляется комплектно с ВУ-67.

Приложение о
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ ТИПА ЭВ
'Пределы ре-
гулирования
Тип реле выДер*ки
F | времени (
! срабатыва- I
| ния1, сек.
ЭВ-114
ЭВ-124
ЭВ-134
ЭВ-214
ЭВ-224
ЭВ-234
ЭВ-113
ЭВ-123
ЭВ-133
ЭВ-122
ЭВ-132
ЭВ-222
ЭВ-232
0,1 -1-1,3
0,25 + 3,5
0,5 --9
0,1 — 1.3
0,25 -± 3,5
0,5 -i-9
0,1 -г 1,3
0,25 -г 3,5
0,5 -г 9
0,25 - 3,5
0,5 -9
0,25 -г 3,5
0,5 -9
Параметры катушки реле
Род
тока
Пост.
Пе-
рем.
Номи-
нальное
напря-
жение, в
Потребляе-
мая мощн.
при номин.
напряжении
Термиче-
ская устой-
чивость
Исполнение контактов
Основной
н.о.контакт,
замык.с выд.
времени
24, 48,
ПО, 220
100, 127,
220, 380
30 вт
75 ва
\ Л Сном i
в течение |
2 мин. {
I
То же
1
Мгновен-
ный пе-
реключа-
ющийся
Мгно-
вен-
ный
и. о.
I 24,48,
Пост.- НО, 220 30 вт
ПОСТ. I
Пе-
ре м.
24, 48,
110,220
100,127,
220, 380
30 вт
75 в а
Длительно
1,1 Uном
1,1 Сном
в течение
2 мин.
То же
I
1
1Э
Про-
скаль
зыва-
ющий
1 -
1 —
1 —
I3
- I3
Нагрузочная способ-
ность контактов
Разрывная мощность
основных и мгно-
венных контактов
100 вт в цепи по-
стоянного тока с
индуктивной на-
грузкой при токе
до 1 а и напряже-
нии до 220 в.
Длительно допусти-
мый ток замыкания:
для основных кон-
тактов 5 а, для мгно-
венных контактов
За.
Погрешности
Реле времени
менного тока-
Эти контакты
во времени действия реле не превышают + (0,06 4-0,125) сек.
с обмоткой постоянного тока четко срабатывают при напряжении
-при напряжении > 0,S5Uhom.
не выведены на внешние зажимы реле, а используются только для внутренних переключений.
0,7Спим, с обмоткой пере-

Приложение в
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СИГНАЛЬНЫХ (УКАЗАТЕЛЬНЫХ) РЕЛЕ ТИПА ЭС-21
Сериесные pej
Тип реле
ЭС-21/0,01
ЭС-21/0,015
ЭС-21/0,025
ЭС-21/0,05
ЭС-21/0,075
ЭС-21/0,1
ЭС-21/0,15
ЭС-21/0,25
ЭС-21/0,5
ЭС-21/1
Ток
срабаты-
вания,
а
0,01
0,015
0,025
0,05
0,075
од
0,15
0,25
0,5
1
ie (реле тока)
Длительн.
ток,
а
0,03
0,045
0,075 !
0,15
0,225
0,3
0,45 !
0,75 ,
1,5 I
3 !
Сопроти-
вление
катушки,
ом
2200
1000
320
70
35
18
8
3
0,7
0,2
Шунтовые реле (реле напряжения)
Тип реле
ЭС-21/220
ЭС-21/110
ЭС-21/48
ЭС-21/24
ЭС-21/12
Напряжение катушки реле, в.
Но-
мин.,
в
220
ПО
48
24
12
Миним. нап-
ряж. сраба-
тывания, в
j Длительно
допустимое,
1 б
132 245
66 120
29 55
15 ' 27
Сопроти-
вление
катушки,
ом
28000
7500
1440
360
7,5 | 13,5 | 87
i
i
1
i
!
;
Нагрузочная способ-
ность контактов
В цепи постоянного то
ка с индуктивной на-
грузкой — 50 вт,
в цепи переменного
тока — 250 ва при
напряжении до 250 в
и токе до 2 а.
Все реле имеют по два нормально открытых контакта с общей точкой. Обмотки реле —постоянного тока. Потребляемая
мощность обмотки реле тока около 0,25 вт, обмотки реле напряжения — около 1,75 вт.

tlpiiAooiceHLie
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЛЕ ТИПОВ ЭП и ЭПВ
Параметры обмотки реле
Тип реле
Род
тока
Номин.
напряже-
ние, в
Миним. на-
пряжен.
четкого
срабатыв,.
Длительно
допусти-
мое напря-
жение
Исполнение
контактов
и. з.
ЭП-101 Пост.
ЭП-103
Э11-121
ЭПВ-11
ЭПВ-12
ЭП-32
Пост.
24, 48,
ПО, 220 |
OJUh
24, 48, I 0,7 Uhom.
ПО, 220 I
Пост., 12,24,48,|
ПО, 220
Пост.
Пост.
24,48,110
220;
24, 48,
ПО, 220
Пост. 24, 48,
f 110, 220
0,7 Uhom.
0,7Uhom.
0 J Uhom.
IЛ Uhom.
1,1 Uhom.
IMJhom.
U Uhom.
hi Uhom.
0,7'Uhom I \ A Uhom
2 с об-
щей
точ-
кой
4
Потребля-
емая мощ-
ность при
номин. на-
пряжении,
вт
Нагрузочная способность
контактов
Максимальный ток размыкания: '
при постоянном токе напряже- ;
иием ПОб при индуктивной на-|
грузке — 4ва, при активной на-,
грузке — Ъва\ при переменном i
токе напряжением ЮОв -■ 10ва\ ,
при постоянном токе напряже- j
нием 220в при индуктивной на- !
грузке — 0,5ва, при активной на-
грузке— lea, при переменном '
токе напряжением 220б — Ъва. ,
Длительно допустимый ток во
всех случаях — до Ъа
Длительный ток замыкания кон-
тактов — 5/7.
Примечание
То же, что и для реле ЭП-101,
ЭП-103
Реле имеют за
; медления при
срабатывании
0,06 сек.
Реле имеет за-
медление при
' отпускании
0,4 сек.

/7риложение 8
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ТИПОВ ИМБ и РБМ
Тип реле
Номиналь
ные дан-
ные реле
На-
| "Ря-
жение
I в
Ток,
а
Число
н. о.
конта-
ктов
Угол мак-
симальн-
чувстви-
тельнос-
ти
Уртах-
Мощность срабатывания (ва)
при <?р.тах и токе:
:—30е
<?/;—45°
10 /„
Чр
= -30
Длительно по-
требляемая мощ_
ность(ва)прино-
минальных токе
и напряжении
,--45°
Цепи
тока
Цепи на-
пряжен.
Время сра-
батывания
реле при 5-
кратной
мощности
срабатыва-
ния, мсек
ИМБ-171А/1
1ШБ-171А/2
ИМБ-178А/1
ИМБ-178А/2|
РБМ-171/1 I
РБМ-171/2 j
РБМ-271/1 !
РБМ-271/2 j
РБМ-178/1 !
РБМ-178/2 !
РБМ-278/1 j
РБМ-278/2 !
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
5
1
5
1
5
1
5
1
5
J
5
1
I
-30° или
-4501
+70°
1 1—30° или
1 I—45°1
-30° или
-45е1
+7002
-[-70е-
13
3
3
0,6
3
0,6
20
4
25
5
4
0,8
4
0,8
50
10
100
20
1
0,2
1
0,2
70
П
Мощность сраба-
тывания при токе
20 1ном. не бо-
лее, чем в 5 раз
превышает мощ-
ность срабаты-
вания при Ihov
10
10
10
10
1 35ва при]
1 =-30°
I2Ъва при
! =-45°
15
354-40
35-г 40
20 -- 40
20 - 40
35 -;- 40
90
90
Нагрузочная
способность
контактов
В цепи посто-
янного тока
с индуктив-
ной нагруз-
кой 50вга при
напряжении
до 220в и то-
ке до 2а в це-
пи перемен-
ного тока
250ва при на-
пряжении до
250в и токе
до 2а.
РБМ-01 '100 1 | 1 i 4-90J , 0,5-f 2 ва при токе 0,3ва 10 | 25
1 Угол максимальной чувствительности принят отрицательным, когда в реле вектор тока опережает вектор напря-
жения. У реле типов РБМ-171 и РБМ-271 этот угол равен —30° или —45°; в последнем случае в цепь напряже-
ния включается встроенное в реле добавочное сопротивление.
- Реле типов РБМ-178 и РБМ-278 термически неустойчивы и допускают лишь кратковременное включение ил
напряжение 100в.

Л И Т Е Р Л Т У Р Л
1. Правила устройства электроустановок, разд III. Госэнергоиздат
1957.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и се-
тей. Госэнергоиздат, 1953.
3. Электротехнический справочник, т. I, II. Госэнергоиздат, 1955.
4. А. М. Федосеев. Релейная защита электрических систем. Гос-
энергоиздат, 1952.
5. Г. И. Атабеков. Теоретические основы релейной защиты высо-
ковольтных сетей. Госэнергоиздат, 1957.
6. Г. И. Атабеков и А. М. Федосеев. Современная релейная
защита. Госэнергоиздат, 1948.
7. В. И. Тарасов и Л. Н. Б а п т и д а н о в. Электрооборудова-
ние электрических станций и тгодстанций, т. III. Госэнергоиздат, 1953
8. Н. В. Черноброво в. Релейная защита. Госэнергоиздат, 1956.
9. М А. Беркович и В. А. Семенов. Основы техники и
эксплуатации релейной защиты. Госэнергоиздат, 1957.
10. Ф. А. Ступель. Электромеханические реле. Изд-во Харьков.
\н-та, 1956.
11. П. М. М ельник. Релейная защита на оперативном перемен-
ном токе. Гостехиздат УССР, 1952.
12. Применение переменного оперативного тока в энергосистемах
(составлено электроцехом ОРГРЭС). Госэнергоиздат, 1957.
13. Решение совещания по рассмотрению проекта руководящих ука-
заний по релейной защите. Госэнергоиздат, 1958.
14. И. Я. Гумин. Вторичные схемы электрических станций. Госэнер-
гоиздат, 1952.
15. С. А. Ульянов. Короткие замыкания в электрических систе-
мах. Госэнергоиздат, 1952.
16. А. Б. Б у д н и цк и й и М. Л. К а л н и б о л от с к и й. Токи ко-
роткого замыкания. Гостехиздат УССР, 1956.
17. К. Ф. В а гн е р и Р. Д. Эванс. Метод симметричных состав-
ляющих ОНТИ НКТП, 1936.
18. Г. И. Атабеков. Линейные электрические цепи. Оборонгиз.
1957.
19. А. Б. Б а р з а м. Специальные вопросы защиты и автоматики
электрических систем, подверженных качаниям. Госэнергоиздат, 1948.
20. Техническая информация Чебоксарского электроаппаратного за-
вода.
21. В. М. Б а р з и л о в и ч. Высоковольтные трансформаторы тока
Госэнергоиздат, 1956.
22. Электрическая часть станций и подстанций (под редакцией проф
А. А. Глазунова). Госэнергоиздат, 1951.
23. Руководящие указания по релейной защите, ч II, III. Госэнерго-
издат, 1948
М В Тнтаренко и II А Носков-Дукельскнн 365

24. Г. И. Атабеков. Релейная защита высоковольтных сетей Гос-
энергоиздат, 1950.
25. И. И. Соловьев. Автоматизация энергетических систем. Гос-
энергоиздат, 1956.
26. Противоаварийные циркуляры и решения Технического управле-
ния МЭС СССР, 1950—1958.
27. И. Н. Попов. Отыскание повреждений линии при замыканиях
на землю в сетях 2—10 кв. Труды ЦНИЭЛ, вып. I. Госэнергоиздат, 1953.
28. Ю. Г. Назаров. Фазочувствительная схема как орган напра-
вления мощности. «Электричество» № 11, 1956.
29. М. И. Л е в и н. Векторные измерители для неуравновешенных
мостов переменного тока. Труды МГИМИП, вып. 2, 1950.
30. К. Б. К а р а н д е е в. Полупроводниковые выпрямители в изме-
рительной технике. Изд. АН УССР, 1954.
31. М. В. Т и т а р е н ко. О применении кольцевой фазочувствитель-
нои схемы в качестве реле направления мощности. Вестник электропро-
мышленности, № 9, 1957.
32. М. В. Т и т а р е н к о. Некоторые возможности применения схем
с полупроводниками для релейной защиты. «Электрические станции»
№ 4, 1958.
33. В. К. Си рот ко. Релейные защиты на основе эффекта Холла.
«Электричество» № 11, 1958.
34. Ю. А. Г а е в е н к о. Новые типы дистанционных защит линий
электропередачи. Госэнергоиздат, 1955.
35. А. А. Кудрявцев. Особенности наладки дистанционной за-
щиты типа ПЗ-157. «Электрические станции» № 4, 1958.
36. В. Л. Фабрикант, Фильтры симметричных составляющих.
Госэнергоиздат, 1950.
37. Я. С. Гель фа нд,, Ю. Г. Назаров, И. Н. Попов. Напра-
вленная высокочастотная защита линии 400 кв с фазочувствительнои
схемой. Труды ЦНИЭЛ, вып. II. Госэнергоиздат, 1954.
38. В. Л. Фабрикант, Я. М. С м о р о д и н с к и й, И. Н. П о-
п о в. Новые направленные высокочастотные защиты линий электропере-
дачи. «Электричество» № 11, 1954.
39. Я. Н. Луги некий, Е. Д. С а п и р, Г. Г. Я кубе он. Диф-
ференциально-фазная высокочастотная защита линий 400 кв. Труды
ЦНИЭЛ, вып. II. Госэнергоиздат, 1954.
40. Типовой проект защиты сетей НО—220 кв с большим током за-
мыкания на землю, разд. 2. Теплоэлектропроект, 1956.
41. И. А. Сыромятников. Режимы работы синхронных гене-
раторов. Госэнергоиздат, 1952.
42 О. Б. Б р о н и В. А. О б р а з ц о в. Гашение поля синхронных
машин. «Электричество» № 7, 1957.
43. И. А. Н о с к о в - Д у к е л ь с к и й. Вопросы автоматического по-
вторного включения линий электропередачи без контроля синхронизма
Изд. Львовского политехнического института, 1957.
44. Проект руководящих указаний по релейной защите, разд. I, II,
III. Теплоэлектропроект, 1956.
45. И. М. Сирота. Защита от замыканий на землю в электриче-
ских системах. Изд. АН УССР, 1955.
46. И. А. Сыромятнико в. Требования к синхронным двигате-
лям и их схемам управления и защиты. «Электричество» № 5, 1953.
47. И. А. Сыромятников. Основные вопросы релейной защиты
и автоматики. «Электричество» № 8, 1954.
48. Е. П. Г и з и л а. Расчет токовой защиты кабельных линий от
замыканий на землю при малых индукциях в стальном магнитопроводе
ГНП. Известия Киевского политехнического института № 22, 1957.
49. О газовой защите силовых трансформаторов «Электрические
станции» № 6, 1956
370

50. А. Д. Дроздов. Насыщающиеся трансформаторы тока с ко-
роткозамкнутыми витками для релейной защиты. «Электричество» № 10,
1953.
51. А. Д. Дроздов, В. В. Михайлов. Применение в дифферен-
циальной защите насыщающихся трансформаторов с подмагничиванием.
«Электричество» № 11, 1953.
52. А. Д. Дроздов. Схемы дифференциальной защиты с магнит-
ным торможением. «Электричество» № 2, 1957.
53. А. А. В о с к р е с е н с к и й и К. С. Введенский. Испытания
дифференциальной защиты с насыщающимися трансформаторами. «Элек-
трические станции» № 3, 1958.
54. А. Д. Дроздов. Дифференциальная защита с несколькими
тормозными обмотками. «Электрические станции» № 1, 1956.
55. А. Н. Кожи н. Зашита регулировочного трансформатора. «Элек-
трические станции» № 3, 1958.
56. Н. Л. С а х н о в с к и й. Устройство контроля исправности то-
ковых цепей дифференциальной защиты трансформаторов. «Электрические
станции» № 1, 1956.
57. Б. Я. С м е л я н с к а я и А. Б. Ч е р н и н. Релейная защита до-
бавочных трансформаторов для продольного регулирования напряжения
под нагрузкой. «Электричество» № 5, 1954.
58. Об упрощении релейных защит. «Электрические станции» № о.
1956.
59. М. Б. Цфасман. О выполнении дифференциальной защиты
трансформаторов с магнитным торможением. «Электрические станции»
№ 3, 1955.
60. И. А. Сыромятников. Режимы работы асинхронных дви-
гателей, Госэнергоиздат, 1955.
61. Защита электрических подстанций на переменном оперативном
гоке, варианты I—III. Теплоэлектропроект, 1957.
J4*

ОГЛАВЛ ЕН И Е
Предисловие
Глава первая
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
1-1. Назначение релейной защиты
1-2. Основные сведения о реле . .
1-3. Классификация реле ....
1-4. Требования, предъявляемые к релейной защите
1-5. Основные, резервные и вспомогательные защиты
1-6. Оперативный ток ...
1-7. Условные изображения реле, контактов и схем релейной
защиты
Глава вторая
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ
РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ
2-1. Основные виды повреждений и исходные условия для расчета
замыканий в электрических сетях
2-2. Трехфазное короткое замыкание
2-3. Двухфазное короткое замыкание
2-4. Двухфазное замыкание на землю
2-5. Однофазное замыкание в сети с большими токами замыкания
на землю . ...
2-6. Однофазное замыкание в сети с малыми токами замыкания
на землю ....
2-7. Короткие замыкания за трансформаторами
2-8 Ненормальные режимы работы линий передач
Глава третья
ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
3-1. Принцип действия и органы максимальной токовой защиты
3-2. Электромагнитное токовое реле типа ЭТ-520
372

Стр.
3-3 Индукционный элемент с короткозамкнутым витком . 5?
3-4. Индукционное токовое реле типа ИТ-80 ш . 59
<3-5. Электромагнитное реле напряжения типа ЭН-520 63
3-6. Вспомогательные реле, применяемые в схемах релейной
защиты ......... 64
3-7. Устранение вибрации якоря электромагнитных реле пере-
менного тока . • • 67
3-8 Расчет токов срабатывания и выдержек времени максималь-
ной токовой защиты .... . .70
3-9. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты . 75
3-10. Схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов
тока и обмоток реле ...... 80
3-11. Токовая отсечка . 02
3-12. Токовая защита с блокировкой по напряжению. Отсечка
по напряжению .... . 98
3-13. Защита от однофазных замыканий . 100
3-14. Защита от междуфазных' замыканий . . 105
3-15. Схемы токовой защиты на переменном оперативном токе 108
3-16. Сочетание релейной защиты и АПВ 109
Глава четвертая
ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА
4-1. Принцип действия и основные органы защиты 113
4-2. Выбор уставок и места установки токовых направленных
защит 116
4-3. Индукционное реле направления мощности типа ИМБ 117
4-4. Характеристики реле направления мощности . 120
4-5. Чувствительность токовой направленной защиты . 123
4-6. Требования, предъявляемые к органам направления мощности 125
4-7. Схемы включения реле направления мощности 126
4-8. Схемы соединения трансформаторов напряжения 131
4-9. Органы направления мощности на базе использования полу-
проводников и эффекта Холла ... 136
4-10 Схемы направленных токовых защит и отсечек 141
Глава пятая
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
5-1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты . 144
5-2. Токи небаланса и выбор токов срабатывания 148
5-3. Способы повышения чувствительности дифференциальной
защиты 149
5-4. Схемы* продольной дифференциальной защиты линий передач 1о4
5-5. Общая характеристика продольной дифференциальной защиты
с циркулирующими токами 1о^
373

Стр
5-6. Продольная дифференциальная защита с уравновешенными
напряжениями 157
5-7. Поперечная токовая дифференциальная защита . 160
5-8. Направленная поперечная дифференциальная защита 163
5-9. Балансная защита ... 172
Глава шестая
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
6-1. Принцип действия и основные органы защиты
6-2. Характеристики выдержек времени
6-3. Типы дистанционных реле и их характеристики срабатывания
6-4. Конструкции дистанционных реле полного сопротивления
6-5. Основные параметры дистанционных реле .
6-6. Примеры получения ступенчатой характеристики выдержки
времени .....
6-7. Схемы включения омметров .......
6-8. Направленное реле сопротивления ....
6-9. Пусковые органы дистанционных защит .....
6-10. Факторы, искажающие работу омметров
6-11. Расчет зон и выдержек времени дистанционной защиты
6-12. Фильтры напряжений обратной последовательности
6-13. Поведение дистанционной защиты при качаниях
6-14. Предотвращение неселективного действия защиты при на-
рушениях в цепях напряжения ... ...
Глава седьмая
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА
7-1. Назначение и способы выполнения высокочастотных защит
7-2. Направленная защита с высокочастотной блокировкой
7-1 Направленные защиты обратной последовательности с высоко-
частотной блокировкой .
7-4. Принцип действия дифференциально-фазной высокочастот-
ной защиты
Глава восьмая
ВЫБОР ПРИНЦИПОВ ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ
8-1. Выбор принципов защиты сетей, исходя из требований
к релейной защите . 233
8-2. Влияние режима нейтральных точек, номинального напряже-
ния и конфигурации сети на схемы релейной защиты . . 235
8-3. Защита линии передач в системе с малыми токами замыка-
ния на землю ....... . . 237
8-4. Защита линий передач в системе с большими токами
замыкания на землю . 238
374
177
179
181
183
187
188
190
201
204
208
210
213
216
218
219
223
228

Глава девятая
Стр
ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ МАШИН
9-1. Повреждения и ненормальные режимы синхронных машин 241
9-2. Гашение магнитного поля синхронных генераторов 246
9-3. Дифференциальная токовая защита . 248
9-4. Защита от сверхтоков 254
9-5. Защита от замыканий на землю одной фазы статора . 259
9-6. Защита цепей возбуждения генераторов . . . 268
9-7. Иныг виды защитных устройств генераторов 271
9-8. Полная схема защиты генератора . • 273
9-9. Защита генераторов на переменном оперативном токе 273
МО. Особенности защиты синхронных компенсаторов и син-
хронных двигателей ... • . 275
Глава десятая
ЗАЩИТА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
И БЛОКОВ ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР
10-1. Особенности режимов работы трансформаторов 28G
Ю-2. Виды пювреждений и ненормальных режимов трансфор-
маторов .... 281
10-3. Газовая защита трансформаторов .... 283
10-4. Токовая отсечка 287
10-5. Продольная дифференциальная защита трансформаторов 288
10-6. Защита от сверхтоков . 305
10-7. Пример выполнения защиты трансформатора .313
10-8. Защита трансформаторов без выключателей на стороне
высокого напряжения и использование оперативного пере-
менного тока . 313
10-9. Защита вольтодобавочных трансформаторов и автотрансфор-
маторов . 314
ТО-10. Защита блоков генератор-трансформатор и генератор —
трансформатор—линия . . 320
Гласа одиннадцатая
ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
11-1. Повреждения на шинах и установка специальных защит . 325
11-2. Дифференциальная токовая защита .... 326
11-3. Способы выполнения и разновидности дифференциальной
защиты шин ..... . 328
11-4. Оценка дифференциальных защит 334
11-5. Иные виды защиты шин .... 334
11-6 Защита на шиносоединительном выключателе 337
37F

Глава двенадцатая
Сгр
ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
i2-l. Особенности режимов работы асинхронных двигателей 338
12-2. Виды повреждений и ненормальных режимов работы асин-
хронных двигателей ... 340
12-3. Защита двигателей от междуфазных и однофазных замыканий 345
12-4. Защита от перегрузки . . ... 347
12-5. Обеспечение самозапуска двигателей . 348
12-6. Защита минимального напряжения . . 34е*
12-7. Защита низковольтных двигателей от работы на двух фазах 350
12-8. Технологические блокировки электродвигателей . . 353
Приложение 1. Основные положения метода симметричных состав-
ляющих ..... 351
Приложение 2. Основные технические данные электромагнитных
токовых реле типов ЭТ и ЭТД . . . 362
Приложение 3. Основные технические данные индукционных токо-
вых реле типа ИТ-80 . 363
Приложение 4. Основные технические данные реле напряжения
типа ЭН-520 . .... 354
Приложение 5. Основные технические данные электромагнитных
реле времени типа ЭВ ... 365
Приложение 6. Основные технические данные сигнальных (указа-
тельных) реле типа ЭС-21 ... . 36G
Приложение 7. Основные технические данные промежуточных реле
типов ЭП и ЭПВ .367
Приложение 8. Основные технические данные реле направления
мощности типов ИМБ и РБМ 368
.Литература . . . . 369
Редактор В В. Б л и х
Техредактор А В Малявко Корректор Д. В Б е р к у и с к а я
Михаил Васильевич Титаренко и I Игорь Алексеевич Носков-Дуке.
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.
ВГ 06865. Сдано в набор 7/1V 1959 г Подписано к печати 16/IX 1959 г. Формат
^X^Ag. Бум. л. 11, 75. Печ. л. 23,5-f 5 вкл. Уч.-изд. л. 22,74 + 0,94 вкл. Тираж 850U
(второй завод 3501—8500). Цена без переплета 7 руб. 55 коп. Переплет 1 р>б. Зак 109
шюграфия Львовского государственного университета Львов, Университетская. 1.

От rp-ра напр. поз. ?
т:. ^ т:
*~£TF>* гОе
!Л
си
%]
ь
W1
к
л»
[
W
JKj£
-w-
Wlfe
у
R
Ф ?В
>'
измерит,
приборы!
И ом nay иди ■
робаиие
Защита от замы-\
каний на землю
Максим, тонобая защити. Защита
от перегрузки и цепи отнлюч. Ьыключ.
иЙГП
Дифференциальная защита цепи отключения
выключателя и ЙГП

«5».
"I
"§
*
?
sh
n
*1
I «V» Ai\> Jl\> k{\> Jj\3
1ST* 1 Qb I"** <T ^> |*S
M
Пуси минимального напряжения максимальной тоиоб защиты.
Защита от пере-
грузки
Защита от замыианий на землю и цепи от-
ключения быил. и ДГП

К стр. 274—275
?З.П
I—Vv-
20- П
I—ЛД/~
ют
"1 I—
гз-п
ЛЛг-
/4 Г
тг-J
1-ЯГ
Р0-/7/
20-П
АЛ—|
гв-у
I
I
1S-1
22 В 21- Т,
">Rf~nr
На сигнал
Указательное реле
не поднято "
Сигнал оЬрыЬа тонобык
цепей дифсререиц защиты
(с быдержной бремени)
Сигнал перегрузни
19 В,
Сигнал перегорания
предохр б цепи тр-ра
на пряж. поз. 7 (с быдержной
бремени иерез 5м быключате пя)

Л' стр. ')Г2 ')/')
На сигнал
На сигнал
+1
&) 16
S
+!-
*-£%
1в\У\
I
А
,^я,у% .!■
От трансформаторов
напряжения 6/0,1 но
секции бнб
15
К семции бнб.
1в\У\
12
12
На сигнал
Телесигнал
1Р\П
Рис. 10-27 Принципиальная схема защиты трансформатора мощностью 20 000 ква.