Токовая защита с зависимой от третьей гармонической тока выдержкой времени

Недостатки токовой защиты осо­бенно проявляются в сельских распре­делительных сетях напряжением 6—20 кВ, для которых характерны применение на линиях и стальных проводов малых сечений, значительная протяженность воздушных линий, рассредоточенное по длине линии подключение трансформаторов 6—20/0,4 кВ (рис. 6.20, а). В таких сетях повреждения в кон­це защищаемой линии (точка K1) и короткие замыкания за транс­форматором (например в точке K2) сопровождаются прохождени­ем в начале защищаемой линии соизмеримых токов. Поэтому до­биться выполнения требований селективности и чувствительности токовой защиты при удовлетворительной быстроте действия весь­ма трудно.

Для токовой защиты, обладающей достаточной чувствительностью при ко­ротком замыкании в зоне и не требующей согласования с защитами сетевых трансформаторов при повреждении на стороне 0,4 кВ, должны одновременно выполняться известные условия

                         I_c.з < ( /2)I⁽³⁾_к(10) / k_ч; I_c.з > k_зап I⁽³⁾_к(0,4),

где I⁽³⁾_к(10), I⁽³⁾_к(0,4) – токи в защите А при повреждении в точке К₁ и соответственно в точке К₂ .

При k _ч = 1,5 и k _зап = 1,2 отношение I⁽³⁾_к(10) / I⁽³⁾_к(0,4) > 2,0. В сельских сетях, например Ульяновской энергетической системы, полученное условие выполняется только для ⅓ всех линий напряжением 10 кВ. Для остальных линий селектив­ное действие защиты при повреждении за трансформаторами можно обеспечить лишь за счет выдержки времени, что приводит к увеличению объема разрушений в месте повреждения, снижению доли успешных АПВ и возрастанию ущерба от недоотпуска электроэнергии.

В связи с этим предложен способ выполнения токовой защиты, основанный на использовании в качестве дополнительного призна­ка для определения места повреждения уровня высших гармони­ческих тока повреждения, измеряемого в месте установки защи­ты [37].

Основными источниками высших гармонических тока в нормальном режиме распределительных сетей являются сетевые трансформаторы. Ток холостого хода трансформатора содержит 5, 7 и 11-ю гармонические составляющие. Несиммет­рия магнитной системы трансформатора обусловливает также 3-ю и 9-ю гармонические составляющие тока холостого хода.

При коротком замыкании в распределительной сети напряжением 6—10 кВ, особенно при двухфазном коротком замыкании в начале линии (точка K₃), при котором трансформаторы возбуждаются несимметричным напряжением, 3-я гар­моническая I _зх тока холостого хода увеличивается. Для этого случая в диапа­зоне напряжений 0,9 U _{с. ном} < U _с < 1,1 U _с.ном получена эмпирическая зависи­мость [37]

               I _зх⁽²⁾ = [0,194 + 0,74 +(U _c - 0,9) + 7,7 (U _с - 0,9)²] S I _x,       (6.23)

гдеS I _x - суммарный ток холостого хода по паспортным данным трансформа­торов, подключенных к линии.

Расчеты показывают, что ток I _3x⁽²⁾ может составить I _3x⁽²⁾ = (0,2 ÷ 0,25)S I _x.

Проведенные исследования в сельских распределительных сетях напряже­нием 10 кВ показывают, что самым интенсивным источником гармонических тока является электрическая дуга в месте междуфазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ сетевого трансформатора. Ток 3-й гармонической, генерируемый дугой при двухфазных коротких замыканиях, определяется по выражению

         I⁽²⁾ _зд = [U⁽²⁾ _зд / (2 )]10,5/0,4,                    (6.24)

где U⁽²⁾ _зд — напряжение 3-й гармонической дуги 0,4 кВ; U _зд = 30÷50 В; R _к , Х _к — сопротивления расчетной схемы, приведенные к напряжению 10 кВ.

Расчеты показывают, что наименьший ток I⁽²⁾ _зд = (5÷10) I _3x⁽²⁾.

Таким образом, значение 3-й гармонической тока в начальный момент по­вреждения позволяет отличить короткие замыкания на защищаемой линииотповреждений за трансформатором на стороне 0,4 кВ.

Функциональная схема токовой защиты с контролем уровня 3-й гармонической в токе повреждения показана на рис. 6.20, б. Первой ступенью защиты является обычная токовая отсечка А1 без выдержки времени. Она защищает головной участок линии. Токовая защита с измерительным органом КА в зависимости от действия фильтр-реле тока 3-й гармонический KAZ может работать как максимальная токовая защита с выдержкой времени, создавае­мой реле К.Т, или как защита без выдержки времени. Ток срабаты­вания измерительного органа выбирают так, чтобы при поврежде­нии в конце защищаемой линии обеспечивался требуемый для мак­симальной токовой защиты коэффициент чувствительности (k _ч > 1,5). Фильтр-реле КАZ не должно срабатывать при коротких замыканиях на защищаемой линии. Для этого ток срабатывания реле принимается большим тока I _3x⁽²⁾. Логическая часть защиты со­стоит из элементов НЕ, И, ИЛИ и органа выдержки времени КТ.

При повреждении между предохранителями F1 — F3 и соответ­ствующим трансформатором Т1—ТЗ (рис. 6.20, а), как и при корот­ком замыкании на линии, защита действует без выдержки времени:

она может отключить выключатель раньше, чем перегорит предо­хранитель. Селективная ликвидация повреждений в этих случаях обеспечивается совместным действием защиты и УАПВ. После АПВ защита срабатывает с выдержкой времени.