Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты

Из известных в настоящее время способов повышения чувстви­тельности дифференциальных защит широко применяются включе­ние реле через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ) и дифференциальные реле тока с торможением.

Включение реле через промежуточные насыщающиеся транс­форматоры тока. Как отмечалось, при наличии апериодической со­ставляющей в первичном токе работа трансформатора тока резко ухудшается в связи c насыщением его магнитопровода. Это свойство трансформаторов тока используется для ограничения переход­ного тока небаланса, содержащего апериодическую составляющую. Для этого обмотка реле КА включается в схему дифференциальной защиты через специальный промежуточный насыщающийся транс­форматор тока (НТТ) TLAT (рис. 10.3, а). Принцип работы НТТ рассмотрен выше (см. § 1.5). Чувствительность реле, включенного через НТТ, зависит от формы кривой тока, проходящего в его первичной обмотке. 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, и чувствительность защиты уменьша­ется. Нормальная работа насыщающегося трансформатора вос­станавливается, как только исчезает апериодическая состав­ляющая.

Таким образом, защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. Это дает возможность при определе­нии тока небаланса не учитывать влияния апериодической состав­ляющей, а ток срабатывания реле отстраивать только от установив­шегося тока небаланса I _нб.рсч, определяемого по выражению (рис. 10.4) при k _ап = 1,0÷1,3.

Необходимо иметь в виду, что при к.з. в зоне ток повреждения в общем случае также будет содержать апериодическую составляю­щую. Однако это не ведет к отказу защиты, так как после исчезновения апериодической составляющей нормальная работа НТТ восстанавливается и защита срабатывает. При этом она действует с замедлением, не превышающим длительности двух периодов, что не является большим недостатком.

Риc. 10.4. Дифференциальная защита с торможени­ем выпрямленным током (а, б) и с магнитным торможением (в, г)

Использование в дифференциальной защите реле с торможени­ем. В дифференциальной защите токи небаланса могут быть значи­тельными не только в переходном, но и в установившихся режимах при отсутствии апериодической составляющей. В таких случаях НТТ оказывается непригодным для повышения чувствительности защиты. На рис. 10.3, б кривая 3 отражает изменение расчетного тока небаланса в зависимости от приведенного тока внешнего ко­роткого замыкания I' _к.вн . Для получения селективно действующей защиты необходимо использовать реле с током срабатывания, от­строенным от тока небаланса I _нб.рсч при максимально возможном токе внешнего к.з. I' _к.вн.max. При этом в случае использования обычного реле тока или реле с НТТ характеристика их тока сраба­тывания, определяемая уставкой и не зависящая от I' _к.вн, изобра­жается прямой 1, параллельной оси абсцисс.

Ток I' _к.вн в зависимости от режима работы, места и вида корот­кого замыкания может быть меньшим тока I' _к.вн.max. При этом защита оказывается сильно загрубленной. Ее чувствительность мож­но повысить, если вместе с изменением тока I' _к.вн автоматически изменять в соответствии с характеристикой 2 ток срабатывания реле I _ср, сохраняя при этом требуемую отстройку от соответствую­щих токов небаланса. Реле с такой характеристикой, как уже от­мечалось, называется дифференциальным реле тока с торможени­ем. Принцип действия одного из них рассмотрен выше (см. § 3.3). В схему дифференциальной защиты реле с торможением должно включаться так, чтобы при внешних к.з. обеспечивались пропор­циональность тормозного тока I _трм току I _к.вн и условие I _ср = I _ср.min + k _трм I _трм .

На рис. 10.4, а показана схема полупроводниковой защиты, удовлетворяющая указанным требованиям (рис. 10.4,6). В настоя­щее время находит применение реле с магнитным торможением, в котором используется рассмотренный выше (см. § 1.5) промежу­точный насыщающийся трансформатор тока TLAT с обмоткой уп­равления ω_y (см. рис. 1.11, а). В реле с магнитным торможением (рис. 10.4, в) первичная рабочая обмотка трансформатора TLAT является дифференциальной обмоткой ω₁ = ω _диф. Вторичная об­мотка на рис. 10.4, в обозначена как рабочая ω₂ = ω _раб. Насыщаю­щийся трансформатор, как обычно, автоматически загрубляет за­щиту, когда в токе небаланса, проходящем по обмотке ω _диф , имеется апериодическая составляющая. Наличие тормозных обмоток позволяет отстраиваться от больших значений периодического то­ка небаланса. При принятом положительном направлении токови с учетом полярности обмоток рабочий ток в дифференциальной обмотке İ _раб = İ _2I - İ _2II , а тормозной ток İ _трм=0,5(İ _2I + İ _2II).

При нормальной работе и внешних коротких замыканиях тор­мозной ток наводит в магнитопроводе НТТ магнитный поток, замы­кающийся только по крайним стержням и насыщающий их. Для исключения влияния на работу реле ЭДС, индуцированных этим потоком в секциях вторичной рабочей обмотки, секции включены так, что ЭДС уравновешиваются. При этом магнитный поток от тока в дифференциальной обмотке индуцирует в рабочих обмотках ЭДС, действующие согласно и возбуждающие ток в обмотке элек­тромагнитного реле тока КА. Таким образом, трансформаторная связь между дифференциальной и рабочей обмотками НТТ при нормальной работе и внешних коротких замыканиях зависит от степени насыщения магнитопровода. С увеличением насыщения трансформация тока дифференциальной обмотки во вторичную ра­бочую обмотку ухудшается. Поэтому для срабатывания защиты ток в дифференциальной обмотке должен иметь большее значение. Некоторой особенностью реле является зависимость коэффициента торможения k _трм от угла ψ сдвига фаз между токами İ _раб и İ _трм . Поэтому характеристика тока срабатывания реле располагается в некоторой зоне (заштрихована), ограниченной характеристиками 1 и 2 при ψ = 0 и ψ= π/2 (рис. 10.4, г).