Ток небаланса в реле дифференциальной защиты с циркулирующими токами

Из схем замещения измерительных трансформаторов тока (см. рис. 1.2)

İ _2I = İ' _1I – İ' _намI , İ _2II = İ' _1II – İ' _намII.

Поэтому при нормальной работе и внешних коротких замыканий ток в реле дифференциальной защиты

İ _р = İ _нб = İ _2I – İ _2II = İ' _намII - İ' _намI .                            (10.2)

Таким образом, ток небаланса определяется токами намагни­чивания, которые для любых двух трансформаторов тока неодина­ковы вследствие неидентичности их характеристик намагничивания (рис. 10.2, а). С увеличением первичного тока разница в токах на­магничивания, а следовательно, и ток небаланса возрастают. Для выбора тока срабатывания защиты необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних коротких замы­каниях.

Определение тока небаланса расчетным путем представляет значительную трудность. Известные методы расчета максимального расчетного тока небаланса I _{нб.рсч.max} основаны на предварительном определе­нии токов намагничивания [11]. Значи­тельный ток намагничивания при пере­ходных процессах во вторичных цепях трансформатора тока обусловлен нали­чием в токе к.з. плохо трансформируе­мой апериодической составляющей (рис. 10.2,6, кривая 1). Он почти полностью замыкается через ветвь намагничивания, увеличивая этим ток намагничивания и насыщая сердечник трансформатора. Это ухудшает, в свою очередь, трансформа­цию периодической составляющей тока к.з., вследствие чего ток намагничивания еще более возрастает. Поэтому наиболь­шие токи небаланса в схеме дифферен­циальной защиты возникают в случае, если повреждение возникает в момент, когда апериодическая составляющая име­ет наибольшее значение. Скорость изменения апериодической со­ставляющей зависит от постоянной времени T₁ первичной цепи. С увеличением T₁ продолжительность существования апериодичес­кого тока возрастает. Это приводит к росту тока намагничивания. При повреждении в различных точках системы постоянная време­ни может изменяться в широких пределах, в среднем ее можно принять равной T₁ =0,01÷0,1 с.

Рис. 10.2. Характеристики и ток намагничивания транс­форматоров дифференци­альной защиты

Наряду с апериодической составляющей на ток намагничивания влияют значение и знак остаточной индукции сердечника. При на­личии остаточной индукции ток намагничивания в переходных про­цессах может сильно возрасти при совпадении остаточной индук­ции по знаку с индукцией, вызванной апериодической составляю­щей тока к.з. Остаточная индукция уменьшается во времени очень медленно. Поэтому при определении токов небаланса необходимо учитывать остаточную индукцию, которая может возникать в ре­зультате работы трубчатых разрядников, отключения короткого замыкания и т.п.

Расчеты, подтвержденные опытными данными, показывают, что при переходных процессах максимальные значения токов намагни­чивания и небаланса могут приближаться к амплитудным качаниям тока к.з. и возникают спустя несколько периодов после начала короткого замыкания (рис. 10.2, б, кривая 2). Запаздывание объясняется возникновением переходного процесса в замкнутой вторичной цепи трансформаторов тока. Переходный процесс со­провождается появлением свободной апериодической составляю­щей, которая затухает с постоянной времени T₂ вторичной цепи, превосходящей T₁ .

Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле следует выбирать с учетом тока небаланса переходного процесса по выражению

I _ср = k _зап I _{нб.рсч.max}                                                     (10.3)      

При определении тока небаланса исходят из того, что трансфор­маторы тока в схеме выбраны так, что полная погрешность не пре­вышает ε =10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности тока к.з. (см. § 1.1). Погрешности двух трансформато­ров тока имеют одинаковые знаки (см. рис. 10.2, а), поэтому ток небаланса, равный согласно (10.2) разности токов намагничива­ния, определяется погрешностью, меньшей каждой из погрешнос­тей в отдельности, что учитывается при расчетах коэффициентом однотипности k _одн=0,5÷1,0. Влияние апериодической составляю­щей тока к.з. на ток небаланса учитывают коэффициентом k _ап; для момента времени t = 0 принимают k _ап = 2,0. Поэтому ток

  I _{нб.рсч.max} = (ε /100) k _ап k _одн I ⁽³⁾_{к.вн max} / K_I.                   (10.4)

Для дифференциальной защиты коэффициент чувствительности, представляющий собой отношение минимального значения тока в точке короткого замыкания I _к.min при повреждении в зоне к току срабатывания защиты I _c.з , должен быть не менее двух.

Одним из способов повышения чувствительности защиты явля­ется отстройка от переходных значений тока небаланса по време­ни. Однако этот способ не может считаться удовлетворительным, так как он не дает возможности в полной мере использовать прин­ципиальное свойство дифференциальной защиты — ее быстроту действия.