Дифференциальные токовые защиты

Существует два вида дифференциальных защит линий:

1. Продольная.

2. Поперечная.

Это защиты с абсолютной селективностью

Продольная – для защиты элементов с сосредоточенными параметрами: трансформаторов, линий небольшой длины.

Поперечная – для защиты двух и более параллельных линий, обмотки статора генераторов от витковых замыканий, когда имеются параллельные ветви.

 

Продольная дифференциальная защита

Основана на сравнении токов в начале и в конце защищаемого элемента.

Для защиты устанавливаются одинаковые трансформаторы тока (ТТ) с двух сторон линии.

Одноименные фазы вторичной обмотки ТТ соединяются между собой.

Схема защиты получается путем параллель­ного соединения вторичных об­моток трансформаторов тока ТА1, ТА2 и реле тока КА.

 

Ток реле равен геометрической сумме токов

              I р= I _2I+ I _2II

 

 

В нормальном режиме работы, при кача­ниях, а также при внешних коротких замыканиях (точка К2) пер­вичные токи I _1I и I _1II равны и сдвинуты по фазе на угол π. Если не учитывать погрешности трансформаторов тока, то I _2I = - I _2II, поэтому ток в реле I р = 0 и за­щита не срабатывает.

Векторные диаграммы.

КЗ в т К1, нормальный режим работы,                       КЗ в т. К2

качания

 

 

При КЗ в т. К1 пер­вичные токи I _1I и I _1II совпадают по фазе. Токи в реле складываются

I р= I _2I+ I _2II= I _2к

По реле протекает ток. Если I р>= I с.р, то защита срабатывает.

Продольная дифференциаль­ная защита действует при повреждении в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания, токи качаний и токи нормальной работы. Эта защита обладает абсолютной селективностью. Она выполняется без выдержки времени.

Ток небаланса

Схема замещения трансформатора тока.

где ,  - первичные токи трансформаторов тока, приведенные ко вторичному;

,  - токи намагничивания, приведенные ко вторичному току;

Ток в реле при нормальной работе I р= I _2I- I _2II

.

Токи намагничивания для двух любых трансформаторов неодинаковы из-за отличия их характеристик намагничивания.

 

Ток срабатывания реле выбирают с учетом тока небаланса

Ток небаланса рассчитывается по формуле

где ε=10% - полная максимально возможная погрешность транс­форматоров тока при заданной вторичной нагрузке и пре­дельной кратности тока КЗ;

=0,5...1,0. - коэффициентом однотипности. Учитывает разброс параметров трансформаторов тока.

=2.0 – коэффициент апериодичности. Учитывает влияние апериодической составляю­щей тока КЗ на ток небаланса;

 

Коэффициент чувствительности

 

 

 должен быть в пределах =1,5…2.

При использовании обычных реле тока чувствительность дифференциальной защиты часто оказывается недостаточной.

 

Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты.

1. Отстройка от переходных токов небаланса по времени.

Преимущество. Простота.

Недостаток. Не дает использовать главное преимущество дифференциальной защиты - ее быстродействие.

2. Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока.

Применяется редко. Например, в дифференциальных защитах генераторов малой мощности.

3. Исключение апериодической составляющей из переходного тока небаланса.

Этот способ реализован в реле РНТ с насы­щающимся трансформатором тока (НТТ). При синусоидальном токе насыщающийся трансформатор не ока­зывает существенного влияния на работу реле. Если же в токе имеется апериодическая составляющая, то магнитопровод НТТ сильно насыщается, сопротивление намагничивания резко падает, ток намагничивания увеличивается, а вторичный ток уменьшается. Коэффициент трансформации НТТ автоматически увеличивается. Нормальная работа на­сыщающегося трансформатора восстанавливается после ис­чезновения апериодической составляющей.

Защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. При расчете тока небаланса можно не учитываь влияния апериодической состав­ляющей.

=1,0-1,3.

4. Использование в дифференциальной защите реле с торможением.

Токи небаланса могут быть большими не только в переходном, но и в установившемся режиме внешнего КЗ. В этом случае апериодическая составляющая отсутствует и реле РНТ непригодно.

Используется реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ.

Реле позволяет автоматически с изменением тока внешнего КЗ I’к.вн. изменять ток срабатывания реле Iс.р. Реле имеет тормозную обмотку. Реле включается так, что обеспечивается пропорциональность между тормозным током  и током внешнего КЗ I’к.вн. Ток срабатывания реле определяется условием

 

Преимущества продольной дифференциальной защиты.

1. Имеет абсолютную селективность.

1.1 Не требует согласования параметров с другими защитами.

1.2 Не имеет выдержки времени. Обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка.

2. Для участков небольшой длины проста и надежна.

Недостатки.

При увеличении зоны защиты, увеличивается длина соединительных проводов, снижается надежность из-за отказов вспомогательных проводов. Требуется специальное устройство, контролирующее их исправность. Появляется дополнительный ток небаланса. Часто приходится использовать реле с торможением. Возрастает стоимость защиты.