Продольной дифференциальной токовой защитой называется защита, основанная на принципе сравнения амплитуд и фаз токов по концам защищаемого элемента

Наиболее широко распространена продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами (рис. 44).

Рис. 44. Схема поясняющая принцип действия продольной

дифференциальной защиты ЛЭП

Для выполнения защиты по концам защищаемой линии устанавливаются однотипные трансформаторы тока. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются таким образом, чтобы при внешнем КЗ (точка К3) ток в реле КА был равен разности токов , которая приблизительно равна нулю. При повреждении на защищаемой линии (точка К4) через реле протекает сумма токов , которая значительно больше нуля. Реле срабатывает и отключает поврежденную линию.

Зона действия защиты располагается между трансформаторами тока.

Некоторое неравенство вторичных токов и (ток небаланса) при отсутствии повреждения на линии обусловлено наличием погрешностей у трансформаторов тока, не идентичностью их кривых намагничивания трансформаторов и неодинаковыми токами намагничивания. Ток небаланса равен:

где - коэффициент однотипности; e – погрешность трансформатора.

Ток срабатывания защиты:

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности при повреждении на линии:

где - ток минимального двухфазного КЗ на защищаемой линии.

При возрастании первичного тока токи небаланса также возрастают. Особенно большого значения ток небаланса достигает в период протекания по трансформатору тока апериодической составляющей тока внешнего КЗ, так как апериодическая составляющая производит сильное одностороннее намагничивание железа трансформатора тока. В таких случаях, если не принять специальных мер, то защита может оказаться малочувствительной.

Для повышения чувствительности применяют следующие меры:

1. Введение небольшой выдержки времени Dt = 0,2¸0,4 с. За это время происходит существенный спад апериодической составляющей. Чувствительность реле повышается в два раза, но теряется быстродействие.

2. Последовательно с реле включают активное сопротивление, ограничивающее ток небаланса.

3. Использование реле с быстронасыщающимся трансформатором (реле типа РНТ). Наличие БНТ позволяет отстроить работу реле от токов небаланса при внешних КЗ.

4. Использование реле с торможением (реле типа ДЗТ). Ток срабатывания этих реле при внешних КЗ возрастает с увеличением тока в плечах дифференциальной защиты за счет торможения, создаваемого этими токами.

В основе всех разработанных схем продольной дифференциальной защиты линий лежат общие принципы:

1. В продольной дифференциальной защите линий трансформаторы тока находятся на значительном расстоянии друг от друга (по концам линии). Соединительные провода между ними имеют сопротивление превышающее допустимые нагрузки трансформаторов тока. Например, при длине =10 км сопротивление медного провода сечением S =1,5 мм² составляет 130 Ом, а трансформаторы тока имеют допустимую нагрузку 0,5…2 Ом.

Для уменьшения нагрузки применяют промежуточные трансформаторы TL1 (рисунок 45), уменьшающие ток в соединительных проводах на коэффициент трансформации n_Т, соответственно в n_Т раз уменьшается нагрузка на трансформатор тока.

2. Дифференциальная защита должна воздействовать на отключение выключателей на обоих концах линии одновременно. Поэтому устанавливают два дифференциальных реле KA - по одному на каждом конце линии.

3. Если защита должна реагировать на все виды повреждений, то необходимо устанавливать по два трансформатора тока в каждой фазе. Тогда для выполнения схемы требуется не менее четырех соединительных проводов и шесть реле. Для сокращения числа реле и количества соединительных проводов защиты включают через фильтры симметричных составляющих или суммирующие фильтры (F).

4. Для исключения появления в цепях реле высоких напряжений, наводимых в жилах соединительных проводов токами КЗ, протекающими по защищаемой линии, цепь соединительного провода отделяют от цепей реле с помощью изолирующего трансформатора (TL2).

5. Для избежания ложного действия защиты при обрыве соединительного провода защиту снабжают устройством, контролирующим исправность соединительного провода. Распространение получило устройство контроля, основанное на наложении на рабочий переменный ток непрерывно циркулирующего постоянного. Чтобы переменный ток не попадал в обмотку реле контроля KB, на его пути устанавливают конденсатор C. При обрыве соединительного провода цепь протекания постоянного тока прерывается и устройство контроля выводит защиту из действия.

С учетом всех этих принципов схема продольной дифференциальной защиты имеет вид представленный на рис. 45.

Для предотвращения выведения защиты из работы при КЗ на защищаемой линии, когда напряжение на выходе выпрямительного устройства снижается до нуля, предусматривается подпитка реле контроля КВ в течении 1-3 с от емкости С’.

Достоинства продольной дифференциальной защиты: быстродействие, высокая чувствительность, защищает целиком всю линию.

Недостатки защиты: не защищает шины подстанции, высокая стоимость.

Защита применяются для линий длиной не более 15 км.