/
Автор: Костров М.Ф. Соловьев И.И. Федосеев А.М.
Теги: электроника электротехника электричество релейная защита реле защиты реле
Год: 1944
Текст
М. Ф. КОСТРОВ, И. И. СОЛОВЬЕВ, А. М. ФЕДОСЕЕВ
ОСНОВЫ ТЕХНИКИ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ДОПУЩЕНО ВСЕСОЮЗНЫМ КОМИТЕТОМ ПО ДЕЛАМ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ при СНК СССР
В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНИКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВТУЗОВ
ПОД ОБЩЕЙ РЕДАКЦИЕЙ
А. М. ФЕДОСЕЕВА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА 1944 ЛЕНИНГРАД
Рецензенты:
Я. Г. Грудинскии
С. А. Лебедев
Редактор
М. А. Перекалин
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга составлена как учебник по
общим и специальным курсам «Релейная защи-
та», читаемым на электроэнергетических фа-
культетах втузов.
В соответствии с этим весь текст разбит на
две части: общий курс, набранный крупным
шрифтом, и добавления к нему для специаль-
ного курса, набранные петитом.
Общий курс с некоторыми дополнительными
купюрами, зависящими от специальности, мо-
жет быть также использован для других фа-
культетов энергетических втузов.
С другой стороны, некоторые из выделен-
ных частей специального курса могут служить
пособием при дипломном проектировании сту-
дентов, не специализирующихся в области ре-
лейной защиты.
Техника релейной защиты за последние при-
мерно двадцать лет пережила период своего
бурного и плодотворного развития.
В настоящее время в противоположность
тому, что было еще относительно не так давно,
она строится на вполне научных началах,
и большинство встречающихся в ней "проблем и
отдельных вопросов может быть проанализиро-
вано расчетным путем.
* Однако назначение настоящей книги опре-
деляло ее максимально допустимый объем и
характер необходимого материала. Изложение
в курсах разнообразных способов и деталей
расчетов, применяемых при проектировании и
анализах работы эксшюатируемой защиты, не
дало бы возможности фиксировать внимание
изучающих на основных, принципиальных во-
просах и их достаточно глубоком анализе. По-
этому в курсе главное внимание обращено на
рассмотрение принципиальной и, если требуется,
физической стороны основных проблем техники
релейной защиты.
По этим же причинам в курсе почти не
дается описаний и анализа работы очень боль-
шого количества конкретных схем защит, вы-
пускаемых различными фирмами. Эти схемы а
большинстве своем обладают теми или иными
недостатками и лоэтому не могут рассматри-
ваться в качестве образцовых. С другой сто-
роны, сами фирмы достаточно часто их моди-
фицируют.
Весьма полезными для изучающих курс (осо-
бенно при принятом его построении) являлись
бы практические примеры расчета основных за-
щит, попутно излагающие ряд деталей самой
методики расчетов. Ввиду недостатка места
эти примеры в курсе не помещены. В дальней-
шем возможно их издание отдельным сборни-
ком.
Курс составлен коллективом, проводившим
преподавание курса релейной защиты в Москов-
а ском ордена Ленина энергетическом институте
им. В. М. Молотова (МЭИ), в составе М. Ф.
Кострова, И. И. Соловьева и А. М. Федосеева.
М. Ф. Костровым написаны главы V, VIII
и IX, И. И. Соловьевым — главы III, XIII и
XIV' и А. М. Федосеевым — введение, главы I,
II, IV, VI, VII, X, XI, XII и §§ 24 и 30 гла-
вы III, § 17 главы V (примеры схем защиты)
и § 21 главы IX. Отдельные части книги про-
сматривались всеми авторами. Кроме того
А. М. Федосеевым проведено редактирование
всей рукописи.
Материал и методика его изложения в ос-
новном соответствуют принятому изложению
общего курса, читанного в течение ряда лет
всеми авторами на различных факультетах
МЭИ, и специального курса, читанного А. М.
Федосеевым на электроэнергетическом факуль-
тете того же института для студентов, специа-
лизирующихся в области релейной защиты.
Одной из отличительных особенностей изло-
же!!йя является то, что вопросы принципов дей-
ствия отдельных реле и рассмотрение кон-
струкций некоторых из них, как не представ-
ляющие основу содержания курса релейной
защиты (а не курса реле), не вынесены в от-
дельные главы. Они рассматриваются попутно
с изложением соответствующих принципов за-
щиты.
Это является целесообразным еще и пото-
му, что дает возможность рассматривать кон-
струкции реле не оторванно ст вопросов их
'6
использования, а в свете тех основных требо-
ваний, которые предъявляют к реле различные
способы выполнения релейной защиты.
В конце книги помещен список литературы,
как использованной авторами, так и рекоменду-
емой читателям для более углубленного изуче-
ния отдельных вопросов.
Авторы с искренней -благодарностью вспоми-
нают имя безвременно скончавшегося проф.
Н. Ф. Марголина, одного из научных осново-
положников техники релейной защиты в СССР,
первого рецензента настоящей книги, давшего
при просмотре рукописи большое число очень
ценных замечаний.
Авторы выражают также благодарность ре-
цензенту книги проф. П. Г. Грудинскому за ряд
ценных замечаний.
Отдельные главы книги в различное время
были 'просмотрены доцентами А. Б. Черниным,
В. Л. Фабрикантом и инженерами А. Г. Гевор-
ковым и П. К. Фейстом, которым авторы счи-
тают необходимым выразить здесь свою благо-
дарность за их полезные замечания.
Авторы не сомневаются в том, что в книгу
может быть внесен ряд дальнейших исправле-
ний, уточнений и улучшений в методике изло-
жения. Все возникающие у читателей замеча-
ния о-ни иросят направить по адресу: Москва,
ул. Казакова 29, МЭИ им. В. М. Молотова,
лаборатория релейной защиты и автоматики,
А. М. Федосееву.
Эти замечания будут приняты во внимание
при переработках читаемых курсов, а также при
переработке данной книги, если возникнет не-
обходимость в ее (последующем издании.
Авторы
Москва, июль 1944 г.
ВВЕДЕНИЕ
1. Назначение релейной защиты. При проек-
тировании и эксплоатации любой электрической
системы приходится считаться с.возможностью
возникновения в ней повреждений и ненормаль-
ных режимов работы.
Наиболее распространенными и в то жз
время наиболее опасными ©идами повреждений
яшшются разного рода короткие замыка-
ния, следствиями которых могут быть:
1) сильные понижения напряжения в значи-
тельной части системы, приводящие к наруше-
нию нормальной работы большого числа лотре-
бителей электроэнергии;
2) разрушение поврежденного элемента
вольтовой дугой, часто возникающей при корот-
ких замыканиях в месте нарушения изоляции;
3) разрушение оборудования в неповрежден-
ных частях системы в результате термического
и динамического действия токов короткого за-
мыкания, достигающих в некоторых случаях
очень больших величин;
4) нарушение устойчивости параллельной ра-
боты генераторов, при которой нормальная ра-
бота системы (полностью парализуется.
Ниже рассматриваются имеющие наиболь-
шее распространение и значевие электрические
системы трехфазного переменного тока.
Основные виды повреждений на линиях,
в машинах и аппаратах этих систем приведены
в табл. 1.
Возможна также более сложные виды по-
вреждений, представляющие комбинации двух
или даже нескольких видов (повреждений, ука-
занных в табл. 1.
Одним из относительно часто встречающих-
ся видов ненормальных режимов работы яв-
ляются перегрузки.
В перегруженном элементе возникают токи,
превосходящие длительно допустимые для дан-
ного элемента значения. При достаточной дли-
тельности существования этих токов темпера-
тура таковедущих частей недопустимо <повы-
шается и их изоляция ускоренно изнашивается
или даже разрушается.
Таким образом повреждения и ненормаль-
ные режимы работы могут «приводить к возник-
новению в системе аварий, под которыми
обычно понимаются всякие вынужденные нару-
шения нормального режима работы всей систе-
мы или ее части, сопровождающиеся недоотпу-
ском энергии потребителям, недопустимым
ухудшением ее качества или разрушением обо-
рудования.
Первопричины 'возникновения аварий бы-
вают весьма разнообразны, но в большинстве
своем являются результатом своевременно не-
обнаруженных и неустраненных дефектов по-
ставленного заводами оборудования, неудовле-
творительного проектирования, монтажа или
эксплоатации.
Однако неправильно было бы считать, что
аварии являются в эксплоатации неизбежными.
Всякая авария, как травило, может быть
исключена правильными проектированием, мон-
тажем и эксплоатацией установки. Если же
авария все же произошла, то за «ей обычно
стоит конкретный виновник — человек.
Отсюда следует сделать тот вывод, что на-
ши электрические системы могут и должны ра-
ботать без аварий и что дело безаварийной
работы находится в руках проектирующего,
монтирующего и эксплоатирующего установки
•персонала.
Предотвращение развития аварий или их
возникновения при повреждениях в электриче-
ской системе часто может быть обеспечено пу-
тем быстрого отключения поврежденного эле-
мента.
В некоторых случаях по условиям обеспе-
чения бесперебойной/ работы неповрежденной
части системы поврежденный элемент должен
отключаться со временем, не превосходящим
нескольких десятых долей секунды.
Совершенно очевидно, что человек, обслу-
живающий установку, не в состоянии в столь
короткое время отметить возникновение повре-
ждения и устранить его.
Поэтому электрические установки снабжают-
ся специальными автоматами — реле, осуще-
ствляющими релейную защиту.
Основное назначение релейной защиты сво-
дится к автоматическому отсоединению повреж-
5
денного элемента от остальной неповрежденной
части системы с помощью выключателей. Таким
образом может быть восстановлен нормальный
режим работы системы и прекращено разруше-
ние поврежденного элемента.
Таблица /, /
Основные виды повреждений в трехфазной системе
переменного тока
№
по пор,
10
Вид повреждения
I. Однофазные
замыкания
Замыкание на землю одной
фазы (однофазное замыкание
на землю)
Схема
Замывание витков одной
фазы (в машинах и аппара-
тах)
II. Двухфазные
замыкания
Замыкания между двум?
фазами
Замыкание двух фаз на зем-
лю в одной точке (двухфаз-
ное замыкание на землю)
Замыкание двух фаз на зем-
лю в разных точках (двойное
замыкание на землю)
III. Трехфазные
замыкания
Замыкание между тремя
фазами
Замыкание трех фаз на зем-
лю в одной точке (трехфаз-
ное замыкание на землю)
Замыкание тре < фаз на зем-
лю в разных точках (трой-
ное замыкание на землю)
IV. Обрывы цепи
Обрыв одной фазы
Обрыв двух фаз
Обрыв т ех фаг,
о-АЛЛАЛЛ/ ч
=3
ЛЛЛЛЛЛг-о-
■AAaSwo-
Р ф
|-ЛАЛЛЛЛг-о—
3
Л—AAA,_\Ai о ~^Ь
trVW
ЛЛг«-
^ЛЛЛЛгО"
=3
о-ЛАААЛАго—
о-АлЛМЛг*-—
0-А*ЛМ»'о ■ ■
■^W^"*1
Некоторые виды повреждений, например,
однофазные замыкания на землю в системах
с изолированной нулевой точкой, сами по себе
не нарушают работы электрической системы.
Однако в случае задержки их отключения
они могут обусловить возникновение уже весь-
ма тяжелых для системы повреждений, напри-
мер, указанные выше однофазные замыкания
иногда вследствие появления в неповрежден-
ных фазах перенапряжений переходят в двух-
и трехфазные короткие замыкания.
Таким образом и здесь являлось бы, вооб-
ще говоря, целесообразным быстрое отключе-
ние поврежденного элемента для уменьшения
вероятности возникновения более тяжелых ава-
рий.
На практике, однако, в этих случаях часто
все же осуществляют более простую релейную
защиту, действующую только на сигнал. Дежур-
ный персонал по получении сигнала принимает
необходимые меры для ручного отключения по-
вреждения. Такое выполнение релейной защиты
обусловливается целым рядом факторов, к чи-
слу которых следует отнести: 1) стремление дать
возможность ^потребителю, нормально питаемому,
например, по одной линии, при возникновении
на ней замыкания на землю подготовиться к его
отключению или дать ему время для включения
резервного питания; 2) желанием сократить за-
траты и количество оборудования, необходимые
три осуществлении защит, действующих на от-
ключение.
При ненормальных и опасных режимах ра-
боты в зависимости от их вида и условий ра-
боты установки релейная защита должна давать
сигнал дежурному персоналу или производить
отключение тех элементов системы, дальнейшее
оставление которых в работе может привести
к возникновению повреждения или аварии.
Так, например, при возникновении перегруз-
ки генератора или трансформатора их релейная
защита, как правило, действует только на сиг-
нал дежурному «персоналу, который должен
принять необходимые меры к разгрузке генера-
тора или трансформатора. Иначе в ряде слу-
чаев решается вопрос о защите от перегрузок
асинхронных или синхронных двигателей. Если
по условиям работы они могут перегружаться,
а постоянно находящегося при них дежурного
персонала нет, то защиту от перегрузок сле-
дует осуществлять с действием на отключе-
ние.
При перегрузке двигатель перегревается па-
степенно и темтература его обмоток достигает
предельной кратковременно допустимой вели-
чины через некоторое {иногда довольно значи-
тельное) время. С другой стороны, некоторые
перегрузки могут носить временный характер и
не доводить температуру двигателя до предель-
но допустимого значения.
Поэтому релейную защиту, предназначенную
реагировать на ненормальные режимы работы,
целесообразно осуществлять не быстродейству-
ющей, как защиту от повреждений, а с опреде-
ленной выдержкой времени.
Надежность работы электрических систем
может быть весьма повышена также за счет
применения:
1) устройств для автоматического повторно-
го включения воздушных линий, отключаемых
релейной защитой;
2) автоматических регуляторов напряжения
и компаундирования возбуждения на синхрон-
ных машинах или (при отсутствии таковых)
устройств для форсировки возбуждения;
3) устройств для автоматического ввода ре-
зервных трансформаторов или линий при авто-
матическом отключении основных;
4) устройств для автоматического разделе-
ния систем при нарушении устойчивости между
их отдельными частями и т. д.
Все эти устройства, выполняемые в большей
своей части также посредством реле, часто от-
носят к релейной защите.
Однако анализ принципов их действия я
соответствующие расчеты представляют боль-
шой (в известной мере самостоятельный) раз-
дел автоматики энергосистем и потому в дан-
ном .курсе не рассматриваются.
Необходимо отметить, что ни в одной от-
расли техники (за частичным может быть ис-
ключением некоторых (видов железнодорожного
транспорта) защитные устройства не получали
такого широкого распространения и не приоб-
рели такого огромного значения, как в совре-
менных электрических системах, нормальная
работа которых в настоящее время совершенно
немыслима без достаточно, совершенной релей-
ной защиты.
Это 'прежде всего объясняется тем специ-
фическим свойством всякой электрической си-
стемы, что шовреждения в любой ее части бла-
годаря электрической или магнитной связанно-
сти всех элементов в той или иной мере
немедленно отражаются на работе всей си-
стемы.
2. Основные требования, предъявляемые к ре-
лейной защите. В общем случае к релейной за-
щите предъявляются следующие четыре основ-
ных требования: 1) селективность; 2) быстрота;
3) чувствительность; 4) иадежность.
Все эти требования относятся к защитам,
действующим при возникновении повреждений
на отключение. К защитам, работающим на
сигнал, а также к защитам, реагирующим толь-
ко на ненормальные режимы работы, часть
этих требований (например, быстрота действия)
может и не относиться.
Селективность (избирательность). Се-
лективным называется такое действие защиты,
при котором она отключает только один «повре-
жденный элемент посредством его автоматиче-
ских выключателей. Все другие части системы
должны при этом остаться включенными.
Такое действие защиты при резервирован-
ном питании потребителей исключает перерывы
в их электроснабжении. Однако при одиночном
•питании потребителя, например, через одну ли-
«ию, трансформатор или генератор, он остается
без напряжения в случае повреждения питаю-
щего элемента даже при селективном действии
защиты.
Как показывает опыт эксплоатации, боль-
шинство повреждений на воздушных линиях
«осит преходящий характер и само ликвиди-
руется после снятия с них напряжения.
Поэтому при одиночном питании потребите-
ля особо эффективным становится применение
на воздушных линиях ,в дополнение к их релей-
ной защите устройств автоматического повтор-
ного включения ((АПВ). Они дают удачное об-
ратное включение примерно в 70—90% случаев
повреждений и таким образом могут значи-
тельно повысить надежность энергоснабжения.
Требование селективного действия защиты
не должно исключать возможности срабатыва-
ния в (некоторых случаях защит участков,
смежных с поврежденным.
Так, «например, при коротком замыкании на
одном из участков радиальной сети с односто-
ронним питанием и отказе его защиты или вы-
ключателя должна как резервная сработать
защита следующего участка и отключить его
вместе с поврежденным. В этом случае хотя
повреждение и будет отключено неселективно,
но число отключенных участков ограничивается
только двумя.
Действие защиты неповрежденного участка
в рассматриваемом случае обычно оценивается
как неселективное, но правильное, как един-
ственно возможное для автоматического отклю-
чения возникшего повреждения.
Быстрота. В большинстве случаев к! ре-
лейной защите, предназначенной работать при
возникновении 'повреждений, предъявляется
требование быстроты действия. Это определяет-
ся следующими основными соображениями.
1, Уменьшение времени отключе-
ния (повреждений повышает предел
устойчивой параллельной работы
машин в системе. При применении быстро-
действующих реле и выключателей нарушение
динамической устойчивости параллельно рабо-
тающих синхронных машин вследствие корот-
ких замыканий практически может быть пол-
ностью исключено. Тем самым устраняется од-
на из основных причин возникновения наиболее
тяжелых с точки зрения бесперебойной работы
потребителей системных аварий.
2. Ускорение отключения повре-
ждений уменьшает влияние возни-
кающих при коротких замыканиях
понижений напряжения на работу
потребителей. При быстродействующих за-
щитах и выключателях практически все двига-
тели, за исключением поврежденного, установ-
ленные как у потребителей, так и на собствен-
ных нуждах электрический станций, после ко-
роткого замыкания могут остаться в работе.
Более того, уменьшение вращающих моментов,
например, у асинхронных двигателей, оказы-
вается столь кратковременным, что даже потре-
бители, особо чувствительные к снижению числа
оборотов, переносят это совершенно безболезнен-
но (например, хлопчатобумажные предприятия,
дающие брак при снижении числа оборотов).
3. Ускорение отключения повре-
ждений уменьшает размер разру-
шения поврежденного элемента.
Так, например, на изоляторах следы быстро
отключенных перекрытий вольтовой дугой
обычно весьма невелики и сводятся часто толь-
ко к изменению цвета их глазури; перегорание
проводов линий высокого напряжения становит-
ся маловероятным; уменьшается время, необхо-
димое для проведения ремонта поврежденных
элементов, и уменьшаются затраты на него.
4. Ускорение отключения повре-
ждений повышает эффективность
автоматического повторного вклю-
чения поврежденных воздушных
линий. При быстродействующей защите и вы-
ключателях, допускающих 'быстрое повторное
включение на короткое замыкание, повторное
включение может быть произведено через столь
малый промежуток времени после возникнове-
ния повреждения на линии, что присоединенные
к ней потребители практически даже не почув-
ствуют имевшего место «перерыва в питании (по
данным опыта США).
5. Снижение «времени отключе-
ния повреждений улучшает каче-
ство электрического освещения.
Приведенные соображения показывают, на-
сколько важно обеспечивать быстрое отключе-
ние повреждений в системе.
Существующая релейная защита в некото-
рых случаях не дает возможности одновремен-
но удовлетворить требованиям селективности и
быстроты отключения повреждений. В этих
случаях необходимо выяснить, не нарушается
ли при селективных, но медленных отключениях
повреждений работа потребителей неповреж-
денной части системы в бблыней мере, чем при
не вполне селективных, но быстрых. Если это
имеет место, то следует итти на применение бо-
лее быстрой, хотя и менее селективной защиты.
Так, например, в распределительных сетях
радиальной конфигурации с односторонним пи-
танием часто линии имеют большое число по-
следовательно включенных участков. Обеспече-
ние селективного отключения повреждений
обусловливает в этом случае большие выдерж-
ки времени на защитах головных участков; ко-
роткие замыкания на последних, если они не
реактированы, могут при этом тяжело отражаться
на остальной части системы. Поэтому в рассма-
триваемом частном случае иногда идут на одно-
временное отключение нескольких последова-
тельных участков линий, уменьшая при этом
выдержки времени защит.
Время отключения по-вреждения складывает-
ся из времен действия защиты и выключателя.
Быстрым отключением повреждений при со-
временном состоянии техники считают такое,
при котором время срабатывания защиты не
превышает одного—(пяти периодов, время от-
ключения выключателей двух—семи периодов,
т. е. полное «время отключения повреждения не
превышает трех — двенадцати периодов (0,06—
0,24 сек.).
Необходимо, однако, отметить, что указан-
ный выше верхний предел в двенадцать перио-
дов в некоторых случаях может оказаться все
же неприемлемо большим.
Чувствительность. Релейная защита
должна быть чувствительна ко всем видам по-
вреждений и ненормальных режимов работы,
могущим возникнуть на защищаемом элементе
электрической системы.
Она должна реагировать на повреждения
по возможности в самой зачаточной их стадии,
тем самым уменьшая влияние повреждений на
неповрежденную часть системы и сокращая
размеры разрушений поврежденного элемента.
С другой стороны, защита, предназначенная
реагировать на возникающие повреждения, не
должна срабатывать при нормальном режиме
работы электрической системы или при неопас-
ных отклонениях от него, например, при кратко-
временных перегрузках.
Удовлетворение требований необходимой
чувствительности в современных электрических
системах встречает в ряде случаев ряд серьез-
ных затруднений.
В самом начале развития производства и
распределения электрической энергии станции
часто располагались примерно в центре нагруз-
ки и потребители питались от них по радиаль-
ным линиям. Мощности, передававшиеся при
этом по оэдельным линиям, были обычно малы
по сравнению с генерируемой мощностью стан-
ций. Поэтому токи короткого замыкания в ли-
ниях при повреждениях на них оказывались
значительно больше рабочих токов.
Требование необходимой чувствительности
выполнялось здесь достаточно просто посред-
ством применения защит, реагирующих на уве-
личение тока сверх определенной величины,
несколько большей, чем максимальный ток на-
грузки.
В настоящее время энергия, вырабатывае-
мая на электрических станциях, часто передает-
ся в районы потребления, отстоящие от стан-
ции на расстояние многих десятков, а иногда и
сотен километров, через высоковольтные сети с
большой пропускной способностью отдельных
линий.
При этом токи короткого аамыкания в по-
врежденных линиях при определенных режимах
работы системы, например, при минимальном
числе работающих генераторов, могут быть
меньше максимальных возможных токов на-
грузки.
Повреждения воздушных линий в большин-
стве случаев связаны с нарушением изоляции
и сопровождаются появлением в цепи переход-
ных сопротивлений (например, вольтовых дуг),
имеющих значительную величину и также могу-
щих сильно снижать величины токов короткого
замыкания.
Все это приводит к тому, что защиты, ис-
пользующие для своего действия превышение
током повреждения максимального рабочего
тока данного элемента, в ряде случаев приме-
нить не (представляется возможным и приходит-
ся итти на использование более сложных прин-
ципов защиты.
Такие виды повреждений, как однофазные
замыкания на землю, например, в системах с
изолированной нулевой точкой или с нулевой
точкой, заземленной через высокоомное сопро-
тивление, всегда сопровождаются малыми зна-
чениями токов замыкания на землю, не дости-
гающими величины токов нагрузки.
В таких случаях для достижения приемле-
мой чувствительности требуется применение
специальных защитных устройств.
При осуществлении защиты необходимо в
ряде случаев обеспечивать, чтобы каждый по-
следующий элемент системы, считая от потре-
бителя к источнику питания, имел чувствитель-
ность защиты не большую, чем предыдущий
элемент. Желательно иногда даже, чтобы эта
чувствительность в целях надежности была не-
сколько меньшей.
Невыполнение этого требования может при-
вести к неселективному действию защиты. Так,
например (фиг. В, 1),при замыкании на землю на
участке АВ радиальной сети с односторонним
питанием должен отключаться выключатель на
подстанции В. Однако в случае если защита,
установленная на подстанции С, окажется бо-
лее чувствительной, чем защита на подстанции
В, то при малых значениях токов повреждения',
вследствие, например, наличия значительного
переходного сопротивления в месте поврежде-.
ния, защита подстанции В может замедлить в
действии, в то время как защита подстанции С
сработает и неселективно отключит свой вы-
ключатель.
Надежность. Защита должна надежно
работать во всех необходимых случаях ненор-
мальных режимов работы и при возникновении»
повреждений, обеспечивая стопроцентную пра-
вильность действия.
С В А
Фиг. В,1. Схема сети с односторонним питанием.
В то же время защита не должна срабаты-
вать под влиянием каких-либо других причиьг
кроме повреждений и ненормальных режимов
работы, для устранения которых она предназна-
чена. Одной из основных предпосылок, обеспе-
чивающих надежное действие защит, является1
простота их схем 'выполнения и минимальное
•количество замыкающих и размыкающих кон-
тактов реле, (последовательно участвующих в
работе схемы. Надежность защиты определяет-
ся также качеством входящих © нее реле, со-
вершенством монтажа и правильным ведением
эксплоатации.
Максимальное упрощение схем защит являет-
ся одним из основных лозунгов современной
техники релейной защиты. Упрощение схем за-
щит не следует, как это иногда делается, сме-
шивать с уменьшением количества оборудова-
ния, идущего на их осуществление. В ряде слу-
чаев упрощение схем сопровождается одновре-
менным (уменьшением 'количества 'входящих в
них реле. Однако в некоторых случаях схемы
с уменьшенным количеством реле оказываются
более сложными. На их «применение идут, на-
пример, в 'целях экономии некоторых специаль-
ных сложных реле, входящих в защиту.
Создание достаточно простых схем защит,
удовлетворяющих в то же время основным тре-
бованиям, предъявляемым к защите {селектив-
ность, быстрота, чувствительность), определяет-
ся прежде всего наличием достаточно совер-
щенных надежных реле, из которых компанует-
ся защита в целом.
Наряду с этим для получения достаточно
простых схем защит необходимо:
1. Не учитывать практически ма-
ловероятных -видов повреждений.
При оценке вероятности того или другого вида
повреждений следует руководствоваться опы-
том эксплоатации и данными технической ста-
тистики; если эти материалы отсутствуют, а учег
. рассматриваемых видов повреждений приводит*
к заметному усложнению защит или увеличе-
нию количества релейного оборудования, в ря-
9
де случаев 'бывает целесообразно впредь до
накопления соответствующего опыта принять
решение, допускающее возможность неправиль-
ного действия защиты при этих редко встре-
чающихся случаях повреждений или ненор-
мальных режимов работы. Так, например
<фиг. В, 2), в соответствии с опытом эксплоа-
гг тации, как правило,
а Е * w не учитывается ве-
y-««w Й-О ' £ *" роятность , возник-
1 Ли д ГП В ГУ1 у новения на двух фи-
i VI^--ry4-j р?~ дерах, отходящих
^ч*^ В—□ о > от шин станции, по-
■ / вреждений в точках
Фиг. В,2. Случай повреждения ^ и F" С таким ин-
на двух* отходящих линиях, тервалом вовремени,
что повреждение в
то»ше F" появляется до того, как поврежде-
ние в точке F' был^ отключено своим выклю-
чателем. Этот неучет при применении на фиде-
рах и «источнике питания наиболее простых за-
щит, действующих при возрастании тока до
определенной величины, может, однако, приве-
сти к отключению источника питания и обес-
/гочению, других потребителей, присоединенных
к его шинам.
2. Не учитывать практически «ма-
ловероятные режимы работы си-
стемы. Так, например, на подстанциях, имею-
щих четыре линии, связывающие их с генери-
рующими источниками, как правило, можно не
учитывать одновременного отключения двух ли-
ний и короткого замыкания на третьей.
3. Изыскивать способы сокраще-
ния количества защит, устанавли-
ваемых на данном элементе систе-
мы, и способы снижения требова-
ний, предъявляемых к защите. На
некоторых станциях наблюдались, например, ча-
стые однофазные замыкания на землю двига-
телей 3 kV собственных нужд. Отсюда не сле-
довало еще делать вывод о необходимости сроч-
ной установки на двигателях этих станций
(а тем более на двигателях 3 kV всех станций)
защит от однофазных замыканий на землю. Не-
обходимо было выяснить причины возникнове-
ния этих повреждений и, если они обусловлива-
лись плохим уходом за двигателями, улучшить
их эксшюатацию и этим снять «вопрос о необ-
ходимости установки защит от однофазных за-
мыканий на землю.
Учет экономических условий.
Предъявляемые к релейной защите требования
должны выполняться с учетом экономических
условий. Так, например, на генераторах большой
мощности, как правило, целесообразно устанав-
ливать достаточно совершенные защиты от
многофазных замыканий и однофазных замыка-
ний, на землю, хотя они часто и работают в си-
стемах с очень малыми токами замыкания на
10
землю и поэтому замыкания на землю непосред-
ственно большой опасности для целости статора
генератора не представляют.
Если такие же защиты «применить для не-
большого двигателя, то стоимость 'их может
превысить стоимость самого двигателя.
Необходимо, однако, отметить, что к уста-
новлению затрат на релейную защиту было бы
неправильно подходить только с точки зрения
их абсолютной величины. Следует учитывать то
значение, которое играет 'защищаемый объект
в деле обеспечения бесперебойного энергоснаб-
жения потребителей, и то, как может отразить-
ся несовершенное действие установленной на
нем защиты на работе остальной неповрежден-
ной части системы. ^Следует помнить, что защи-
та, установленная на данном объекте, имеет
своим 'Назначением не только его защиту от
(последствий возникновения повреждения, но
также ((и часто в большей мере) обеспечение
бесперебойной работы остальной неповрежден-
ной части системы.
Иногда один случай неправильной или несо-
вершенной работы защиты может принести го-
сударству убытки, во много раз «превосходящие
затраты, необходимые для установки улучшен-
ной защиты.
При подходе к определению этих убытков
необходимо исходить не из стоимости «едоот-
пущенной потребителю -вследствие аварии энер-
гии, а из стоимости недовыработанной потреби-
телями продукции, вследствие простоя, сниже-
ния ее качества и т. п.
С другой стороны, затраты на релейную за-
щиту определяются не только первоначальной
стоимостью защиты и ее монтажа. Необходимо
также учитывать те эксплоатационные расходы,
которые идут на ее проверку, регулировку
и т. д. В некоторых случаях эти расходы могут
достаточно быстро перекрыть первоначальную
стоимость защиты.
Поэтому для простых типов защит, устанав-
ливаемых в распределительных сетях потреби-
телей и на самих токоприемниках (а на осу-
ществление этих защит идет подавляющая часть
общего количества реле, требующихся для энерго-
системы), как правило, целесообразно приме-
нять более простые и надежные по конструк-
ции реле, требующие меньшего ухода ©о время
экоплоатации, несмотря на ухудшение некото-
рых электрических параметров защиты.
3. Осуществление защиты. Наиболее суще-
ственным явлением, сопровождающим возник-
новение в электрической системе коротких за-
мыканий, в большинстве случаев является воз-
растание тока до величин, значительно превос-
ходящих -максимальные длительно допустимые
его значения.
Поэтому одними из первых появились м а к-
симальные токовые защиты, дейст-
вующие в том случае, когда ток в защищаемом
элементе начинает превышать некоторую макси-
мальную^ заранее установленную величину. Они
могли 'быть использованы и для защиты от не-
допустимых перегрузок, которые также харак-
теризуются возрастанием тока.
Плавкие предохранители. Макси-
мальная токовая защита может быть осущест-
влена посредством плавких предохрани-
телей или реле.
Плавкие предохранители имели и имеют очень
бадьшое распространение в системах неболь-
шой мощности <и невысокого напряжения.
С развитием электрических систем, с увели-
чением мощности отдельных элементов и систе-
мы в целом усложнились схемы конфигурации
сетей, схемы коммутации станций и подстанций,
сильно возросли значения токов короткого за-
мыкания, которые «необходимо отключать, и т. д.
Плавкие предохранители в ряде случаев пе-
рестали удовлетворять предъявляемым к ним
требованиям, например, в отношении селектив-
ности, номинальных токов и разрывных мощно-
стей и стали заменяться реле, действующими
на отключение выключателей. Реле потребова-
лись также для осуществления ряда защит,
основанных на других принципах. Необходимо,
однако, отметить, что одновременно -с развитием
энергосистем совершенствовались и конструкции
плавких «предохранителей. В настоящее время
они с успехом применяются не только в систе-
мах напряжением 500 V и ниже, в которых я»в-'
ляются основным способом защиты, но также
в распределительных системах более высокого
напряжения до 35 kV включительно. На 35 kV
они выполняются в США на максимальные от-
ключаемые токи до 20 000 А. Там же появились
также предохранители на 100 kV с отключаемой
мощностью до 1 000 MVA.
Защита посредством плавких предохраните-
лей представляет, однако, специальную об-
ласть, несколько выходящую за рамки техники
релейной защиты, и поэтому в настоящей
книге не рассматривается.
Реле. Основным элементом всякой схемы
релейной защиты является реле.
Термин реле в электротехнике впервые
был, повидимому, (применен к некоторым теле-
графным приборам К
В настоящее время термином реле обозна-
чается [Л. 1] значительно более широкая груп-
па автоматических приборов, используемых в
релейной защите, автоматике, телемеханике,
телефонии, телеграфии и т. д. и замыкающих
или размыкающих своим контактным органом
электрические цепи при наступлении определен-
1 Французское слово relais в первоначальном смысле
соответствует русскому „перекладные* (почтовые ло-
шади).
ных явлении, на которые они предназначены
реагировать.
В соответствии с этим всякое реле должно
обладать следующими тремя признаками:
1) автоматичностью действия;
2) наличием контактного органа, могущего
замыкать или размыкать электрическую цепь
(срабатывать);
3) способностью «срабатывать» при достиже-
нии какой-либо физической величиной опреде-
ленных значений или при наступлении опреде-
ленных физических явлений.
При таком определении под категорию реле
не попадают, например, устройства, устанавли-
ваемые на выключателях, включаемые непосред-
ственно |(фиг. В, 3) или через измерительные
трансформаторы в деть тока защищаемого эле-
мента и при достижении- этим током определен-
ной величины механически
действующие на отключаю-
щий механизм выключателя.
Такие устройства пред-
ставляют собой как бы не-
законченные реле, не имею-
щие собственного кон-
тактного органа.
Ниже эти устройства в
соответствии с установив-
шейся практикой отнесены
также к категории реле и
именуются реле прямо-
го действия в отличие
от собственно реле, назы-
ваемых реле косвен-
ного действия.
По принципам действия
реЛе имеют много общего
с измерительными приборами
рование реле идет другими
Фиг. В,3. Реле
прямого действия.
Однако конструи-
путями, чем кон-
струирование измерительных приборов. *
Это © значительной мере объясняется разни-
цей в требованиях, предъявляемых к измери-
тельным приборам и реле.
Измерительный прибор должен только с до-
статочной точностью давать показания по всей
шкале, причем время, в течение которого это
показание устанавливается, часто не имеет опре-
деляющего значения. Реле же должно срабаты-
вать в определенное время, создавая (при за-
мыкании) или преодолевая (при размыкании) на
своих контактах достаточное нажатие и совер-
шая определенную работу.
Действие реле за исключением нескольких
типов, особо рассмотренных в последующих гла-
вах в связи с вопросом об их применении, осно-
вано на электрическом принципе.
Как правило, реле имеет два основных органа:
1) воспринимающий, назначением ко-
торого является воспринимать изменение вели-
чин (например, тока, напряжения и т. д.), на ко-
11
торые реле реагирует в случае их отклонения от
установленных значений;
2) исполнительный, назначением кото-
рого является выполнять ту или иную работу,
специфическую для данного типа реле (замыка-
ние или размыкание своихми контактами отклю-
чающей цепи выключателя или какой-либо дру-
гой цепи, механическое воздействие на механизм
выключателя).
Классификация реле. Существует
очень, много методов классификации реле, в ос-
нову которых положены различные признаки.
Все эти методы не дают однозначной характе-
ристики реле, так как последнее определяется
совокупностью нескольких признаков. Однако
пользование этими методами все же представ-
ляет значительные удобства.
Реле могут быть 'классифицированы:
1) по принципу действия (электромаг-
нитные, индукционные, электроди-
намические и т. д.);
2) по роду величины, на которую реагирует
воспринимающий орган и которая, следова-
тельно, должна вызывать срабатывание реле
(реле тока, напряжения, мощности,
сопротивления, частоты и т. д.);
3) «по характеру изменения величины, на ко-
торую реагирует воспринимающий орган (м а к-
симальные — реагирующие на отклоне-
ние электрической величины в сторону ее
увеличения, минимальные — в сторону
уменьшения, диференциальные — реаги-
рующие на разность сравниваемых между со-
бой однородных электрических величин или
моментов сил, вызванных их действием);
4) по характеристике времени срабатывания
[Л. 2] быстродействующие — время
действия которых при пятикратной величине
уставки не должно превосходить 0,04 сек; н е-
бьвстродействующие — время действия
которых при десятикратной величине уставки
не должно превосходить 0,15 сек; с выдерж-
кой времени — у которых специально со-
здается замедление);
5) по способу 'включения воспринимающего
органа (первичные — воспринимающий ор-
ган которых ъключается непосредственно в цепь
защищаемого элемента, вторичные — вос-
принимающий орган которых присоединяется к
защищаемому элементу через измерительные
трансформаторы);
6) «по способу воздействия исполнительного
органа на выключатель (прямого и кос-
венного действия);
7) по роду контактов {с замыкающими
и размыкающими контактами).
Классификация защит. Применяемые
в настоящее время принципы защит могут быть
подразделены на следующие четыре основные
категории:
1. Максимальная токовая защи-
т а, действующая с выдержкой времени или
без (выдержки времени при превышении током
заранее установленной величины.
Эти защиты могут быть ъ одних случаях не-
направленными, в других случаях для обеспе-
чения селективности направленными, т. е. дей-
ствующими только при определенном направ-
лении мощности.
2. Дистанционная защита, дейст-
вующая с выдержкой времени, автоматически
увеличивающейся при возрастании расстояния
(«дистанции») от места ее установки до места
повреждения.
Эти защиты, как и максимальные токовые,
могут быть направленными или ненаправлен-
ными.
3. Диференциальная защита (без
выдержки Бремени), действующая в том слу-
чае, если разность двух или нескольких сравни-
ваемых между собой однородных величин
(обычно токов) или обусловленных ими момен-
тов сил превосходит заранее установленную ве-
личину.
4. Направленная защита с блоки-
ровкой (без выдержки времени), действую-
щая в том случае, когда мощность на обоих
концах защищаемого элемента системы направ-
лена в этот элемент.
Не все перечисленные принципы применяют-
ся для осуществления защит любого элемента
электрической системы. На практике -все они
используются только для осуществления защит
линий электропередачи.
С другой стороны, главным образом при-вы-
полнении защит машин и трансформаторов, при-
ходится использовать и некоторые специальные
принципы, рассматриваемые ниже одновременна
с вопросом об их применении.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
1. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ
В трехфазных сетях различают следующие
основные повреждения:
1) трехфазные замыкания (замыкания между
тремя фазами, замыкания трех фаз на землю
в одной точке — трехфазные замыкания на землю
или в разных точках — тройные замыкания на
землю);
2) двухфазные замыкания (замыкания между
двумя фазами, замыкания двух фаз на землю
в одной точке — двухфазные замыкания на землю
или в разных точках — двойные замыкания на
землю);
3) однофазные замыкания на землю;
4) обрывы одной, двух или трех фаз.
В сетях иногда происходят и более слож-
ные повреждения, представляющие собой ком-
бинации двух или нескольких из перечислен-
ных выше повреждений (обрыв фазы линии с
односторонним однофазным замыканием на зем-
лю, однофазное замыкание на землю с одно-
временным замыканием между д&умя другими
фазами и т. п.).
В процессе развития повреждения простые
замыкания могут переходить в более сложные
(например, однофазное замыкание в двухфазное
на землю) и, наоборот, сложные — в более про-
стые.
Переход простых замыканий в более слож-
ные происходит наиболее часто, причем число
таких переходов будет тем меньше, чем бы-
стрее отключаются повреждения.
Причины возникновения повреждений могут
быть следующие:
1) неправильные действия эксплоатацион-
ного персонала (включение под напряжение за-
земленной линии, находившейся перед этим в
ремонте, разрыв разъединителями рабочего или
емкостного тока и т. п.);
2) злоумышленные повреждения (набросы на
воздушные линии и т. д.);
3) пробой или перекрытие изоляторов воз-
душных линий в результате прямых ударов
молнии или перенапряжений, возникающих на
проводах;
4) обрывы проводов и тросов, например, от
гололеда и вибраций;
5) нарушения изоляции животными и пти-
цами (попадание крыс на кабельные воронки,
посадка птиц на роговые разрядники и траверзы
опорных изоляторов);
6) перекрытия изоляторов при их загрязне-
нии;
7) замыкание проводов стрелой подвижного
крана, гайдропом аэростата, корпусом само-
лета;
8) механические повреждения опор, поломка
изоляторов разъединителей, схлестывание про-
водов воздушных линий и т. д.
По американским данным повреждения в се-
тях в количественном отношении распределя-
ются примерно следующим образом [Л. 1]:
однофазные замыкания на землю 65%
двухфазные и двойные замыкания на землю . . . 20%
замыкания между двумя фазами 10%
трехфазные замыкания 5%
Наибольшее и наименьшее число повреж-
дений различного вида в отдельных систе-
мах США изменяются так:
однофазные замыкания на землю . 30—97%
двухфазные и двойные замыкания
на землю 0—45%
замыкания между двумя фазами . 0—54%
трехфазные замыкания 0—36%
Только однофазные замыкания на землю
происходили во всех системах; другие виды
повреждений в некоторых системах совершенно
отсутствовали.
На относительное количество тех или иных
видов повреждений в сетях и на характер их
протекания оказывают влияние условия, в ко-
торых работает данная сеть. Так, например,
двойные замыкания на землю для систем с на-
глухо заземленными нулевыми точками явля-
ются мало вероятными повреждениями; наобо-
рот, для сетей компенсированных, не имеющих
автоматического отключения однофазных замы-
каний на землю, такие повреждения при недо-
статочно высоком уровне изоляции являются
относительно частыми.
На линиях с сокращенным расстоянием ме-
жду фазами и землей (линии с тросами, на же-
лезных опорах и т. д.) количество однофазных
замыканий на землю по сравнению с замыка-
ниями между фазами возрастает.
Каждое из перечисленных повреждений ха-
рактеризуется соответствующими векторными
диаграммами токов и напряжений.
Действие электрических реле, предназначен-
ных для работы при возникновении поврежде-
ний в сетях, также определяется подводимыми
к ним токами и напряжениями.
Поэтому ниже рассматриваются векторные
диаграммы токов и напряжений для всех основ-
ных видов повреждений в электрических се-
тях.
В целях упрощения расчетов, а также для
13
более четкого выявления физической стороны
основных соотношений, рассматривается ради-
альная сеть с односторонним питанием; диа-
граммы строятся для начального момента по-
вреждения, предполагая нагрузку отсутствую-
щей. Учет токов нагрузки и двухстороннего
питания приводится дополнительно толькоедля
наиболее характерных случаев.
2. ЗАМЫКАНИЯ МЕЖДУ ТРЕМЯ ФАЗАМИ
Симметричными замыканиями между
тремя фазами в точке F линии (фиг. I, la) на-
зывают такие, при которых переходные сопро-
тивления Rn в месте повреждения (например,
активные сопротивления вольтовых дуг) во
всех трех фазах имеют одинаковую величину
или равны нулю (случай металлического замы-
кания).
Векторная диаграмма
токов и напряжений стро "
ится для рассматриваемого
случая в следующем поряд-
ке.
Задаются одинаковыми
условными положительными
направлениями э. д. с. трех
фаз ЕаДв и Ее к на век-
торной диаграмме (фиг. 1,16)
изображают их тремя век-
торами, сдвинутыми на углы в 120°.
Величину тока, например, для фазы А, оп
ределяют из выражения
ются йак падения напряжения от данной точки
линии до возникшей вследствие замыкания ну-
левой точки W, потенциал которой по отно-
шению к земле равен нулю. При этом положи-
тельное направление напряжения совпадает с
положительным направлением тока в указанном
участке.
Напряжение UAF фазы А в точке F совпа-
дает по фазе с /А и равно
UAF=*Rn-/A.
——EAJfi p
| V4AA—<>
—ЕВ I8
6—ДДДД—о
I —*- ECJC
ха,яэ ^Л
Фиг. 1,1. Симметричное замыкание между тремя фазами.
Напряжение О ар фазы А в точке Р (начало
линии) равно
ЕА
А Ra + RA + Rn+nXэ + xл),
0,1)
где R39 RA и Хэ, Хл — активные и реактивные
сопротивления положительной последователь-
ности (рабочие сопротивления) эквивалентной
генерирующей части системы и линии до места
ее повреждения в точке F.
Для токов как в данном случае, так и при
рассмотрении других видов повреждений при-
няты те же условные положительные направ-
ления, что и для соответствующих э. д. с.
В данном случае ток 1А изображается на
диаграмме вектором, отстающим от ЕА на угол
9с определяемый из выражения
UAP^iRt + RA+jXJ/A.
Угол сдвига <рз между UAP и 1А\
хл
*»-arct**rfT?
(М)
0,5)
При металлическом замыкании между фа-
зами (Rn = 0) угол сдвига между фазными на-
пряжениями и током остается на всем протя-
жении линии в противоположность углу % по-
стоянным и равным так называемому импеданс-
ному углу линии:
<рк—arctgj-k
(16)
?с — arctg
х9 + хА
(1,2)
Ra + RA + Rn •
Абсолютные величины токов трех фаз в рас-
сматриваемом случае равны, а векторы токов
сдвинуты по отношению к э. д. с. своих фаз
на одинаковые углы срс.
Фазные напряжения, под которыми ниже
понимаются напряжения фаз по отношению к
земле, для различных точек линии определя-
14
В действительных условиях возникновения
повреждений через Rn необходимо скорее счи-
таться с возможностью несимметричных замы-
каний между тремя фазами (фиг. 1,2а), чем сим-
метричных.
Несимметричными замыканиями ме-
жду тремя фазами называются такие, при ко-
торых Rn в месте повреждения имеют в разных
фазах неодинаковые величины.
Построение векторной диаграммы для этого случая
производится следующим образом.
Определяют U^ нулевой точки W по отношению к
нулевой точке системы или, что то же, по отношению
к земле, так как при таком повреждении нулевая точка
системы г по отношению к земле не смещается.
Uyp вычисляется по формуле [Л. 2]
UW:
(1.7)
УаЕл + Ув-Eb+Yc-Ec
где Y—проводимости фаз от нулевой точки системы Г
до точки W, выражаются следующим .образом:
К„ =
Ус =
Я,+ #л +Яд+/(*» + *,)'
1 N
Ra + RJt + RB+J\Xa + XAy
1
(1.8)
(1.9)
(1,10)
Ra ■+■ Ял + Re+J(Xa + Хл)
При этом предполагается, что эквивалентное сопро-
тивление системы остается таким же. как и для случая
симметричного замыкания. Указанное положение, исполь-
г-ЛАЛЛ—£-
ЪЛ
l_j\AAA
VI
1. При возникновении повреждения сумма
токов или напряжений трех фаз остается, как
и при нормальной работе, равной нулю.
2. Токи повреждения при симметричном за-
мыкании сдвинуты по фазе относительно своих
э. д. с. на одинаковый угол <f>c, величина ке-
торого определяется отношением суммы реак-
тивных к сумме активных сопротивлений фазы
от нулевой точки системы до< точки W, рас-
*£>$(*$-
Фиг. 1,2. Несимметричное замыкание м жду тремя фазами.
зуемое и в дальнейшем, вполне точно только при равен-
стве сопротивлений положительной и отрицательной по-
следовательности генераторов.
Токи определяются по формулам:
и*=УА-(Ел-йг), (U1)
U=Yb (Eb-Uw)> (I.12)
k=Yc (Ec-Uw)- (U3)
Фазное напряжение каждой фазы вычисляется как
сумма напряжения в точке W и падения напряжения в дан-
ной фазе от рассматриваемого места в сети до точки W.
Например, напряжение фазы А в точке Р:
UAP=Uw+(RA + RA+jXA).fA. (1,14)
На фиг. 1,26 построена векторная диаграмма для част-
ного случая несимметричного замыкания между тремя
фазами, характеризуемого следующими данными: R9 =
= RA =r RB = Rc = 0, переходное сопротивление Дд фа-
зы А изменяется в пределах от нуля (ме!аллическое ко-
роткое замыкание между тремя фазами) до бесконечности
(металлическое короткое замыкание между фазами В и С).
Как следует из векторной диаграммы, концы векто-
ров тока и напряжения скользят* в этом случае по дугам
соответствующих окружностей [Л. 3].
На основании рассмотрения приведенных
соотношений и диаграмм можно сделать сле-
дующие выводы:
положенной за сопротивлениями Rn в месте
повреждения.
3. Угол сдвига <р3 между фазным напряже-
нием и током, как и угол ср*,' в общем случае
не равен углу срс и при симметричных замыка-
ниях определяется отношением суммы реактив-
ных к сумме а^гивных сопротивлений от точ-
ки W до точки системы, к которой относится
напряжение. Величина угла <Рэ изменяется с
изменением расстояния от места повреждения
до рассматриваемой точки линии. Угол срк б
пределах элементов, имеющих для всех точек
одинаковое отношение -jr , например, для всей
длины поврежденной линии, сохраняет посто-
янную величину.
Для действия релейной ^защиты большее
значение имеют углы <Рз и <pS a не ¥с» так как:
именно -7глами ?з и ?* определяются фазные
соотношения между токами и напряжениями,,
подводимыми к зажимам реле.
4. При симметричных замыканиях токи по-
вреждения имеют наибольшее значение при
15
Однако при несимметричных замыканиях токи повреж-
дений в определенных фазах могут превосходить значе-
ния, полученные для случая металлического короткого
.замыкания в той же точке (фиг. 1,26; ток Iq).
5. Симметричные трехфазные короткие за-
мыканий характеризуются совершенно' одина-
ковым протеканием явления во всех трех фазах.
При несимметричных замыканиях этого не происхо-
дит, так как токи и напряжения содержат слагающие по-
ложительной и отрицательной последовательностей.
6. Замыкания между тремя фазами характе-
ризуются в общем случае сильным уменьше-
нием треугольника линейных напряжений.
В предельном случае в самом месте повреж-
дения при металлическом коротком замыкании
он превращается в точку.
Степень опасности того или другого по-
вреждения линии прежде всего характеризуется
влиянием этого повреждения на устойчивость
генераторов и непосредственно на работу по-
требителей.
С этой точки зрения трехфазные короткие
замыкания, сопровождающиеся сильным пони-
жением всех трех линейных напряжений в си-
стеме, являются наиболее опасными. В совре-
менных электрических системах металлические
трехфазные короткие замыкания вблизи шин
основных станций, длящиеся долее 0,2 —
0,25 сек., могут уже нарушить динамическую
устойчивость системы с весьма тяжелыми по-
следствиями.
Силовая нагрузка потребителей (в особен-
ности синхронные двигатели и асинхронные,
работающие на привод с постоянным моментом
сопротивления), присоединенная вблизи места
повреждения, где остаточные напряжения не-
велики, при недостаточной быстроте отключе-
ния повреждения может быть потеряна.
Большие токи повреждения разрушают обо-
рудование в месте пробоя и опасны для всех
токоведущих частей с точки зрения их дина-
мической и термической стойкости.
Поэтому на линиях всегда необходимо уста-
навливать защиту, реагирующую на трехфазные
замыкания, несмотря на относительную редкость
их для некоторых типов электрических сетей.
Одно из основных требований, предъявляемых
к этой защите, — быстрота отключения повре-
ждений.
3. ЗАМЫКАНИЯ МЕЖДУ ДВУМЯ ФАЗАМИ
Рассматривается замыкание между двумя
фазами В и С в точке F линии через переход-
ное сопротивление (фиг. 1,3а). Для удобства
переходное сопротивление в точке W разби-
вается на две равные части, величиной Rn каж-
дая, которые могут быть отнесены к соответ-
ствующим фазам. Таким образом полная вели-
чина переходного сопротивления обозначается
через 2Rn.
Векторная диаграмма токов и напряжений
строится в следующем порядке (фиг. 1,36).
Сумма токов трех фаз при отсутствии до-
полнительного пути для их протекания всегда
равна нулю. Ток /д в неповрежденной фазе Л,
считая согласно условию нагрузку отсутствую-
щей, также равен нулю. Поэтому
/в+/с = 0или 1с=—/в. (1,15)
Ток 1в определяется по второму закону Кирх-
гофа для контура, составленного двумя повре-
жденными фазами В и С:
При этом предполагается, что генераторы
имеют одинаковые сопротивления положитель-
ной и отрицательной последовательностей.
На векторной диаграмме /в изобразится сдви-
нутым по отношению к э. д. с. Ёвс=Ёв— Ее
на угол срс, определяемый по (1,2). Вектор
/с сдвинут относительно )в на угол в 180°.
Фазные напряжения определяются, исходя
из того соображения, что сумма фазных напря-
жений для любой точки системы, в лЬц числе
и для точки W, равна нулю:
UAw+UBW+Ucw=0. (1,17)
Кроме того разность фазных напряжений
поврежденных фаз ВиС в точке F при метал-
лическом коротком замыкании или в точке W
при замыкании через 2Rn должна также рав-
няться нулю:
Ubw-Ucw—O. (1,18)
Напряжения фаз В и С в точке W на осно-
вании (1,17) и (1,18), а также принимая во
внимание, что напряжение UAW фазы А равно
ЕА, .оказываются равными
UBw= Ucw=-0,5Ea. (1,19)
На векторной диаграмме они изобразятся
перпендикуляром, опущенным из ее центра на
прямую, соединяющую концы Ев и Ее.
Фазные напряжения для любой другой точки
в сети находятся прибавлением к напряжениям
фаз в точке W падений напряжений в них от
рассматриваемого места на линии до указанной
точки W.
Так, например, напряжения фаз В н С в
точке F равны:
Ubf=Ubw+RJb; (1,20)
UcF=Ucwr\-#Jc. (1,21)
16
Напряжения фаз В и С в точке Р:
UCp=UCw+(R* + & + ]X1-Ic. С'23)
Линейные напряжения между поврежден-
ными фазами определяются как разность со-
ответствующих фазных напряжений и на осно-
вании (1,20) —(1,23) равны:
UBcf = 2R„-Ib; О*2*)
UBCP=2(Rn + R* + jX*)'i*- (!>25)
Углы сдвига между фазными напряже-
ниями и токами имеют весьма различные ве-
личины.
Углы сдвига между линейными напряже-
на соотношение векторов токов при замыканиях
между двумя фазами существенное влияние могут ока-
зывать токи нагрузки. Их влияние рассматривается ниже
для радиальной линии с односторонним питанием (фиг. 1,4).
Векторная диаграмма напряжений для точки повре-
ждения F при металлическом коротком замыкании между
фазами В и С имеет вид, данный на фиг, 1,5. Через место
повреждения течет ток, обусловливающий в фазах В и С
слагающие 1вк и 1ск полных токов. Они равны по ве-
личине и сдвинуты на угол 180°.
u'fbrAi
ХлЛ-
а
ниями и током ср3 и ср„ (для слу-
чая /?„=0) определяются по (1,5)
и (1,6).
При Rn=0 точка W совпа-
дает с местом повреждения F
на фазах. Поэтому напряжения
поврежденных фаз В и С в точ-
ке F
Ubf = Ucf = — 0,5Ea.
Векторные диаграммы напря-
жений при металлических ко-
ротких замыканиях между двумя
фазами значительно упрощаются в тех случаях,
когда для всех элементов системы от точки
повреждения F до нулевой точки генерирую-
щего источника отношения соответствующих
реактивных сопротивлений к активным оказы-
ваются или могут быть приближенно приняты
X X
одинаковыми, т. е. -гг"в-гг-. В этих случаях
концы векторов фазных напряжений по мере
удаления рассматриваемой точки от места по-
вреждения F скользят по прямой, определяемой
вектором Еве, а линейные напряжения UBc сов-
падают с последним по фазе (фиг. 1,3 в).
2 Релейная защита
W
точка Р - ' J9 Д ашчНо>£
б
Фиг. 1,3. Замыкание между двумя фазами.
Нагрузка, присоединенная к шинам подстанции, при
возникновении повреждения потребляет токи, определя-
емые треугольником остаточных напряжений в точке F
Эти токи за счет несимметрии напряжений имеют слагаю-
щие положительной и отрицательной последователь-
ности. Принимая сопротивления нагрузки в положитель-
ной и отрицательной последовательности одинаковыми
(например, осветительная нагрузка), возможно оперировать
непосредственно с полными токами 1Н, Они пропорциональ*
ны фазным напряжениям в точке F и сдвинуты относи-
тельно последних на угол <ря (угол <ря даже при освети-
тельной нагрузке может быть не равен нулю, например
за счет реактивного сопротивления понижающего сило
вого трансформатора). Таким образом 1вн = ^Сн — ~~*
— 0,57^.-Результирующие токи в фазах А, В и С, на
17
яравляющиеся к месту повреждения, равны
• • •• • •• •
U — Uh* *В~?Вк + *Вн> Ic — Ick+Ich*
При замыкании между фазами В и С через Rn токи
нагрузки также пропорциональны остаточным фазным
напряжениям (фиг. 1,6)
При нагрузках, имеющих различное сопротивление
в положительной и отрицательной последовательностях?
(например, асинхронные двигатели), токи нагрузки могут
быть определены посредством метода симметричных со-
ставляющих. На фиг. 1,7 приведены соответствующие ди-
аграммы для случая металлического замыкания. При их
построении учитывалось, что слагающие положительной
и отрицательной последовательностей остаточного напря-
жения неповрежденной фазы А равны друг другу:
о-ИЛЛЛЛЛ^
Фиг. 1,4. Протекание токов нагрузки'при
замыкании между двумяЦфазами.
7ri> I
т лсклсн
W*
вн вн
Фиг. 1,5. Век-
торная диаграм-
ма токов и на-
пряжений при
металлическом
замыкании меж-
ду двумя фаза-
ми с учетом то-
ков нагрузки,
имеющей оди-
наковые сопро-
тивления в по-
ложительной и
отрицательной
последователь-
ностях.
яШрамма $иг. 1,36 имеет смысл только при
уче-гё принятых для нее положительных направ-
лений токов и э. д. с. Для рассматриваемого
варианта она должна быть изменена так, чтобы
вектор 1С совпадал по фазе с /в.
На основании рассмотрения приведенных
выше соотношений и диаграмм можно сделать
следующие выводы:
1. При возникновении повреждения система
остается,-уравновешенной.
Uaif tBS ^A2Fs=z^^^af- Импедансы асинхронной нагрузки,
рассматриваемые для момента критического скольжевия
двигателей, приняты: в положительной последовательности
21лв= (25+^26)%, в отрицательной последовательности
22««=(5+;24)°/о. На фиг. 1,7а и 1,76 даны векторные
диаграммы токов и напряжений га зажимах нагрузки со-
ответственно лля положительной и отрицательной по-
следовательностей, а на фиг. 1,7в результирующая диаг-
рамма полных токов и напряжений д^я точки поврежде-
ния F. Из ее рассмотрения в частности следует, что ток
нагрузки фазы С опережает тек нагрузки фазы В, тогда
как до замыкания было наоборот.
При построении векторных диаграмм для
случаев замыканий между двумя фазами иног-
да для 1С задаются противоположным по срав-
нению с принятым выше положительным направ-
лением. При этом рассматривается как бы один
ток повреждения в замкнутом контуре, состоя-
щем из дьух поврежденных фаз В и С. Не-
обходимо, однако, иметь в виду, что векторная
18
Фиг. 1,6. Векторная диаграмма токов и напряжений при
замыкании между двумя фазами через переходное сопро-
тивление с учетом токов нагрузки, имеющей одинаковые
сопротивления в положительной и отрицательной после-
довательностях^
2. Ток повреждения сдвинут по отношению
к обусловливающей его разности э. д. с. на
угол <Рс, определяемый отношением суммы
реактивных к сумме активных сопротивлений
от нулевой точки системы до точки W, рас-
положенной за половиной Rn переходного со-
противления.
3. Ток повреждения может как опережать
фазное напряжение своей фазы, так и отставать
от него, причем угол между ними, аналитически
трудно выражаемый, в большинстве случаев
не имеет для релейной защиты существенного
значения.
4. Углы ерз и <р* определяются соотношением
сопротивлений только петли замыкания до рас-
сматриваемой точки линии.
5. При металлическом коротком замыкании
напряжение между поврежденными фазами
в месте повреждения равно нулю, фазные же
напряжения поврежденных фаз численно равны
половине одной из э. д. с. При замыкании че-
рез Rn указанные соотношения действительны
для точки 'W.
6. Фазные напряжения поврежденных фаз
в точках, находящихся на некотором электри-
ческом удалении от точки W, в общем случае
по величине не равны, причем напряжение
опережающей фазы (В), как правило, больше
напряжения отстающей фазы (С), а при значи-
тельных величинах Rn может быть даже боль-
ше э. д. с.
7. Напряжения между неповрежденной фа-
зой (Л) и поврежденными в общем случае так-
же не равны, причем большую величину, как
правило, имеет напряжение между неповреж-
денной фазой и опережающей поврежденной (В).
1лгн
Н1
•"*8,-зС
&I* Хнэ
>нг
Фиг. 1,7. Векторная диаграмма токов и напряжений
при металлическом замыкании между двумя фазами с
учетом токов нагрузки, имеющей различные сопро-
тивления в положительной и отрицательной последо-
вательностях.
При значительных величинах Rn Uab может быть
даже больше разности соответствующих э. д. с.
Еав (больше 1/3£), а напряжение между не-
поврежденной фазой и отстающей поврежден-
ной тога же порядка, что и остаточное напря-
жение между поврежденными фазами.
8. Напряжение неповрежденной фазы в на-
чальный момент повреждения остается пример-
но таким же, каким было при нормальной работе.
9. Замыкание между двумя фазами харак-
теризуется в общем случае сильным уменьше-
нием треугольника линейных напряжений, пло-
щадь которого при металлическом повреждении
для точки замыкания становится равной нулю.
Векторные диаграммы, построенные для1пе-
реходных и установившихся значений периоди-
ческой слагающей токов замыкания, могут по
своим соотношениям сильно отличаться от
рассмотренных за счет увеличения сопротивле-
ний генераторов в положительной последова-
тельности.
При двухстороннем питании места повреж-
дения могут также появляться выравнивающие
токи в здоровой фазе.
Замыкание между двумя фазами является
также весьма тяжелым повреждением для си-
стемы. Поэтому линии всегда должны иметь
защиту, по возможности быстро отключающую
и этот вид повреждений. Как правило, для
этого используется та же защита, которая
реагирует на трехфазные замыкания.
4. ОДНОФАЗНЫЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
В СИСТЕМАХ С НАГЛУХО ЗАЗЕМЛЕННОЙ
НУЛЕВОЙ ТОЧКОЙ
В СССР с наглухо заземленной нулевой
точкой работают преимущественно сети напря-
жением ПО kV и выше. Заземление произво-
дится или непосредственно или через малоом-
ные сопротивления, ограничивающие величину
токов повреждения при замыканиях на землю.
Заземляются обычно нулевые точки соединен-
ных в звезду обмо-
ток силовых транс*
форматоров, имею-
щих соединение
звезда- треугольник.
Векторная диаг-
рамма токов и напря-
жений при однофаз-
ном замыкании на
землю через Rn рас-
сматриваем для
сети, нулевая точка
которой заземлена
непосредственно
(фиг. 1,8а).
Ток повреждения имеет место только в фа-
зе Л, получившей замыкание на землю. Отдель-
ные части системы представляют для него уже
не те сопротивления, что для симметрич-
ного тока при замыканиях между тремя фазами.
Сопротивление линии в данном случае пред-
ставляет собой сопротивление ZLjl петли про-
вод-земля и имеет реактивную и активную
слагающие Хи и RgAy величины которых больше
рабочих сопротивлений линии Хл и /?л. В общем
случае будут отличаться от сопротивлений при
трехфазных симметричных замыканиях и сла-
гающие эквивалентного сопротивления системы.
Однако в дальнейшем в целях упрощения эк-
вивалентное сопротивление системы прини-
мается имеющим одинаковую величину для
всех видов замыканий.
Величина тока повреждения 1а равна
Л = -
. iA~~R* + RgA + Rn+J{Xa + Xu)# (1,26)
1а сдвинут по фазе относительно Еа на
угол <Рс (фиг. 1,86):
(1,27)
cpc_arctg^+ R +Rn
Напряжения поврежденной фазы находятся
как падения напряжения от точки W, распо-
ложенной % месте повреждения за Rn> до рас«
сматриваемой точки линии.
Напряжение в точке повреждения F, всегда
совпадающее по фазе с током,
UAF = Rn-lA.
(1,28)
19
Напряжение в точке Р
UAP={Rn+RgA + iXLA)-iA- (1,29)
Напряжения здоровых фаз, хотя токи в них
и отсутствуют, при возникновении повреждения
в общем случае изменяются даже для началь-
ного момента короткого замыкания. Указанное
явление обусловливается наличием взаимоин-
дукции между поврежденной и здоровыми фа-
зами^линии.
Поток ФА индуктирующего провода А линии,
как имеющий замыкающуюся через землю сла-
гающую, с которой связаны активные потери,
отстает от /д на некоторый угол. В соответ-
ствии с этим и сопротивление взаимоиндукции
линии Zma имеет некоторую активную слагаю-
щую [Л. 4]. В дальнейшем в целях упроще-
ния £Фд считается совпадающим по фазе с то-
Напряжение фазы В в точке Р (начало ли-
нии) не изменяется и остается равным Ев.
Углы сдвига между остаточным напряже-
нием поврежденной фазы и током
*l
^ = arctS*^' ^=arctg^
La
(1,32)
Принимая во внимание приведенные выше
соотношения и диаграммы, можно сделать сле-
дующие выводы;
1. При возникновении повреждения суммы
токов и напряжений трех фаз оказываются
уже не равными нулю, т. е. появляются токи
К
-м
■ЛЛ&^-о
Фиг. 1,8. Однофазное замыкание на землю в системе с наглухо заземленной нулевой точкой.
ком (фиг. 1,86), а сопротивление взаимоиндук-
ции линии —чисто реактивным и равным Хмл-
Для наводимых в неповрежденных фазах линии
э. д. с. взаимоиндукции принимаем за положи-
тельное направление, совпадающее с направ-
лением индуктирующего тока /д, а следова-
тельно, и э. д. с. Еа. Тогда величина э. д. с.
взаимоиндукции
Емл = — ]Хмл • /д.
векторной диаграмме она
(1,30)
На векторной диаграмме она отстает от
1а и Фд на угол 90°.
Напряжение неповрежденной фазы опреде-
ляется как геометрическая сумма всех индук-
тируемых в ней э. д. с. от нулевой^ точки си-
стемы до рассматриваемой точки на линии.
Так, например, напряжение фазы В в точке
повреждения F
Ubf = Ев -f- Емл — Ев — jXma^Ia. (1,31)
20
и напряжения нулевой последовательности.
Этими составляющими нулевой последователь-
ности в технике релейной защиты весьма ши-
роко пользуются для установления возникно-
вения замыкания на землю и действия соответ-
ствующих реле.
2. Ток повреждения сдвинут относительно
э. д. с. и напряжений соответственно на углы
<?'с, срз и ср^, несколько отличные даже при всех
прочих равны* условиях от углов <Рс, <Рз и Ь
при замыканиях между фазами. Это объяс-
няется тем, что в выражения углов входят в
рассматриваемом случае сопротивления петли
провод-земля. .
3. Напряжения неповрежденных фаз обычно
несколько увеличиваются даже при непосред-
ственно заземленной нулевой точке системы за
счет взаимоиндукции между поврежденной и
неповрежденными фазами.
4. Напряжения между поврежденной и не-
поврежденными фазами остаются значитель-
ными, причем, как правило, меньшими при от-
носительно больших Rn оказываются напряже-
ний между поврежденной и опережающей (В)
из неповрежденных фаз.
5. Треугольник линейных напряжений зна-
чительно уменьшается, однако много меньше,
чем при многофазных замыканиях. В предель-
ном случае при металлическом замыкании на
землю в начале линии для начального момента
короткого замыкания его площадь оказывается
примерно равной одной трети площади при
нормальной работе (напряжение поврежденной
7р1
HfV3\
ЧйМи
земление нулевых точек или заземление их че-
рез сопротивления (например, реакторы), сле-
дует обращать особое внимание на чувстви-
тельность защит, которая должна быть доста-
точной для надежного действия их при токах
повреждения, сниженных указанными спосо-
бами.
5. ПЕРЕХОДНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В МЕСТЕ
ПОВРЕЖДЕНИЯ
Под переходным сопротивлением Rn в месте
повреждения понимается суммарное сопротив-
ление элементов пути
тока повреждения от од-
ной из фаз к другой при
замыканиях между фаза-
ми или от фазы к земле
при замыканиях на землю.
Составными частями
Rn являются: сопроти-
Фиг. 1,9. Предельный случай распределения тсков по-
вреждения при однофазном замыкании на землю.
фазы равно нулю, напряжения двух неповреж-
денных фаз остаются неизменными по величине
и углу сдвига между собой в 120°, напряжение
между ними сохраняет поэтому также нор-
мальное значение).
В общем случае даже при отсутствии токов нагруз-
ки при однофазных замыканиях на землю в неповреж-
денных фазах линии токи повреждения могут достигать
в предельном случае величины тока в поврежденной
фазе (фиг. I, 9).
Ток, выходящий из непосредственно заземленной ну-
левой точки понижающего трансформатора II, принуж-
денно распределяется между тремя фазами на три рав-
ные по величине и фазе составляющие. Это обусловли-
вается тем, что первичные токи фаз трансформатора
должны соответствовать вторичным токам. В трех же
вторичных обмотках трансформатора II, соединенных
в треугольник, возможен, очевидно, только один и тот
же ток.
Таким образом в линии со стороны трансформа-
тора II токи имеют нулевую последовательность. За ме-
стом повреждения в точке F ъ сторону повышающего
трансформатора I токи в здоровых фазах остаются по
величине без изменения. Однако они не являются уже
токами нулевой последовательности, так как здесь сумма
токов в поврежденной и неповрежденных фазах равна
нулю .
Однофазные замыкания на землю, являю-
щиеся в сетях с наглухо заземленными нуле-
выми точками обычно наиболее частым видом
замыканий, представляют для системы в целом
достаточно тяжелый вид повреждения, хотя
и менее опасный с точки зрения устойчивости
и работы силовой нагрузки, чем многофазные
замыкания. Установка защиты» действующей
при этом виде повреждения, является обяза-
тельней. Для систем, имеющих частичное за-
вления вольтовых дуг,
сопротивления посто-
ронних предметов между проводами, между
проводом и землей или опорой, сопротивление
между проводом и землей (при падении про-
вода на землю), сопротивление заземления опор,
сопротивление деревянных опор, выполненных
таким образом, что используются изоляцион-
ные свойства дерева.
Большинство повреждений на линиях со-
провождается вольтовыми дугами. Дуга появ-
ляется или с самого начала возникновения
повреждения, например, при перекрытии изо-
ляторов, поддерживающих провода, или спустя
некоторый промежуток времени, когда пере-
горает посторонний предмет, вызвавший замы-
кание. При замыканиях между фазами сопро-
тивление дуги является обычно определяющим
величину Rn.
Точных способов определения возможных
сопротивлений дуг в настоящее время не су-
ществует. Исследования показали, что для до-
статочно больших значений токов повреждения
(сотни ампер и выше) ствол дуги, быстро про-
греваясь, обусловливает градиент напряжения
дуги, почти не зависимый от абсолютных зна-
чений токов и составляющий 2 —- 2,5 kV на
один метр ее длины [Л. 5].
Если принять бти данные, эффективное со-
противление дуги Rd, являющееся почти чисто
активным, определяется по формуле
n от 2 000 до 2 500 ,
Кд = 7 L>
(1,33)
где L — длина дуги (в метрах), которая для
начального момента повреждения может быть
определена достаточно точно.
Зависимость Rd от тока повреждения / и
длины Ly изменяющихся по величине во время
замыкания на линии, приводит к тому, что
21
и Ra меняется во времени. Как правило, дуги
имеют минимальные сопротивления в первые
периоды существования "повреждения. Далее
они имеют тенденцию к резкому возрастанию
(фиг. 1,10).
Необходимо также отметить, что дуги иска-
жают синусоидальную форму кривых тока
повреждения и остаточных напряжений, яв-
ляясь как бы источниками, генерирующими
в системе высшие гармонические.
"О 8 16
Время В периодах от начала возник-
новения дуги
Фиг. 1,10. Зависимость сопротивления вольтовых дуг от
времени (даны две экспериментальные кривые).
о
го
\15
ч
5\
01
/
/
20
40
SO
100 ом
б. ОДНОФАЗНЫЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СИСТЕ-
МАХ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
К системам с малыми токами замыкания на
землю относятся в основном сети, работающие
с изолированной нулевой точкой (сети 3—10 kV
понизительных подстанций), с нулевой точкой,
заземленной через высокоомное активное со-
противление (кабельные сети генераторного
напряжения) и компенсированные (сети 35 kV
и некоторые кабельные сети напряжением 6 —
10 kV).
Векторные диаграммы напряжений при по-
вреждениях для сетей этих типов имеют ряд
общих основных свойств.
В первую очередь рассматривается система
с изолированной нулевой точкой (фиг. 1,12а).
Нагрузка, присоединенная к поврежденной ли-
нии, имеет сопротивление ZH. Емкости фаз
линии по отношению к земле представлены
в, виде трех эквивалентных конденсаторов,
емкостью С каждый. Проводимостями утечек
для простоты пренебрегаем.
При однофазном металлическом замыкании
на землю в точке F линии поврежденная фа-,
за А получает потенциал земли (точка 3,
фиг. 1,126), т. е. Uaf—О. Пренебрегая величи-
ной падений напряжений вдоль линии от то-
ков нагрузки и повреждения в виду их незна-
чительной величины, можем написать
UAF = UAP = 0. (1,34)
Нулевая точка системы г, имевшая при нор-
мальной работе потенциал, равный нулю, по-
лучает теперь по отношению к земле смеще-
ние U2o, при принятых для э. д. с. условных
положительных направлениях, равное
Фиг. 1,11. Кривая вероятных значений переходных со-
противлений при замыканиях на землю.
Для оценки возможных значений полных Rn
при замыканиях на землю можно воспользо-
ваться эксплоатационными данными п о ряду
высоковольтных электрических сетей США
[Л. 6J. Как видно из фиг. 1,11, наиболее веро-
ятное значение Rn по этим данным составляет
величину порядка 18 Q. Следует иметь в виду,
что приведенные средние цифры были полу-
чены на основании измерений, «произведенных
через три-четыре периода после возникновения
повреждения.
Uг0 в Uaf—ЕА — —Еа*
(1,35)
Это смещение равно напряжению* нулевой
последовательности в системе.
Напряжения неповрежденных фаз В и С ли-
нии при этом равны:
Ub=U29 + Eb = Eb-Ea; (1,36)
йс=* Ого+ Ее - Ес- ЕА. 0,37)
Напряжения неповрежденных фаз Ов и Ос
сдвинуты на 60° (против 120° при нормальной
работе) и имеют величины в Y3 раз больше
нормальных. Все три линейные напряжения
остаются ^по величине неизменными. К фазам
нагрузки, Присоединенной к поврежденной ли-
нии, подводятся напряжения, равные расстоя-
ниям от центра тяжести треугольника линей-
ных напряжений до соответствующих его вер-
шин, т. е. нормальные фазные напряжения. По-
этому бесперебойность работы потребителей
22
при возникновении замыкания на землю не
нарушается.
Через емкости здоровых фаз линии в зем-
лю направляются токи 1В и /с, опережающие
Ив и Uc на угол 90°. Через емкость повреж-
денной фазы А тока нет, так как она коротко
замкнута в месте повреждения.
Согласно второму закону Кирхгофа гок по-
вреждения в месте замыкания
Оа опережает Ел^т угол J 90°.
(1,38)
< — S» р
Р—-ДДДЛ—-0-
L-длЛЛ
с
К
а
F л
С
•В
•С
к
Знак — перед выражением для #г<) поставлен, веко
дя из того, что вычисляется смешение нулевой точки
генерирующего источника по отношению* к нулевой точ-
ке несимметричной трехфазной нагрузки, а не обратная
величина — смещение нулевой точки нагрузки, опреде-
ляемая соотношением (1,7).
- Величины проводимостей Y имеют следующие Значе-
ния:
1 -+->С;
Га--
Yc-hC
д
(1,40)
(MD
«Фиг. 1,12. Однофазное замыкание на землю (металлическое) в системе с изолированной нулевой точкой.
а
•Л
•В
U о
Г* Фиг. 1,13. Однофазное за- CF
мыкание на землю через
переходное сопротивление
в системе с изолированной
нулевой точкой.
При замыкании на землю через Rn (фиг. 1,13а) по-
строение векторной диаграммы можно вести в следующем
порядке.
Нулевая точка системы г получает по отношению
к земле смещение U2Q, определяемое согласно (1,7):
ич-
"ч-
Ya'Ea + YbEb + Y&c
Ул+Ув+Ус
(1,39)
Подставляя их в уравнение (1,39), получим
ЕА=*ЪЕА. ft.42)
23
1
l+3j<oCRn
В зависимости от величины Rn конец вектора U£
перемещается на векторной диаграмме (фиг. 1,1&6) по
дуге полуокружности, построенной на векторе Ед как на
диаметре.
Максимальное смещение по отношению к земле
(точка 3, фиг. 1,136), равное —Яд происходит при метал-
лическом замыкании на землю.
Коэфидиент Ъ, характеризующий степень полноты за-
мыкания, называется коэфициентом полноты за-
мыкания на землю. Его абсолютная величина, как
то следует из (1,42), колеблется в пределах от единиды
(при /?я = 0) до нуля (при /?я = оо).
Напряжения фаз линии при заданной или определен-
ной указанным выше образом величине смещения нуле-
вой точки системы находятся из выражений:
При этом должно быть обращено внимание на то,
что напряжение здоровой фазы, опережающей повреж-
денную (фазы С на фиг. 1,136), при определенных значе-
ниях /?„ может даже несколько превысить величину фаз-
ного напряжения при металлическом замыкании, равную
у/ТЕ.
~-*~S7> ^ p f
— EbJb
vVW—o-
Ыс
■—N/WV—о
-д
На фиг. 1,14а представлена Система, нуле-
вая точка которой заземлена через высокоом-
ное сопротивление R3. Емкости фаз системы
по отношению к земле и проводимости утечек
в целях упрощения не учитываются.
При замыкании на землю одной из фаз ли-
нии, например, фазы Л, в точке F через Rn ток
повреждения 1А определяется из выражения
/а-
0,45)
ЕА
R3 + Rn
При этом, как и для других случаев одно-
фазных повреждений в системах с малыми то-
ками замыкания на землю, сопротивления ли-
нии и эквивалентной части системы приближен-
но принимаются равными нулю.
Нулевая точка системы получает по отно-
Фиг. 1,14. Однофазное замыкание на землю через переходное сопротивление в системе с нулевой
точкой, заземленной через высокоомное активное сопротивление.
Вектор 1а при изменении Ь от единицы до нуля пе-
ремещается также по дуге окружности от своего макси-
мального значения /^, равного 3&СЕ (диаметр окруж-
ности), до нуля.
При рассмотрении однофазных замыканий на землю
предполагалось, что емкости С фаз системы по отноше-
нию к земле одинаковы и нулевая точка системы имеет
при нормальной работе потенциал, равный нулю. В дейст-
вительности же в ряде случаев имеется некоторая не-
симметрия емкостей фаз линии Сд, Cq и Cq по отноше-
нию к земле, обусловленная отсутствием транспозиции
проводов воздушных линий, рельефом местности, по ко-
торой проходит линия, и т. д. В этом случае уже при
нормальной работе системы, ее нулевая точка имеет по
отношению к земле смещение Uz , определяемое соглас-
но (1,39)
"«.-
Са'Еа-\~Св' Ев + Сд-Ес
CA + CB-jrCc
(1,44)
Его величина обычно не превосходит 5-5-10% от
нормального фазного напряжения системы.
шению к земле смещение Ugo9 которое опреде-
ляется как падение напряжения в заземляю-
щем сопротивлении R3 от тока /д, имеющего
положительное направление от земли к нуле-
вой точке г:
*/*—- /а-/?з —-
R*
•ЕА = ЬЕА, (1,46)
Ra + Bn
где Ь—коэфициент полноты замыкания нг
землю.
Напряжение поврежденной фазы А
Ua^Ia-R^U^ + Ea^j^^-Ea. (1,47)
Напряжения неповрежденных фаз В и С:
ив^Ого+Ев; ис=Ого+Ёс. (1,48}
Векторная диаграмма токов и напряжений
24
для рассматриваемого случая приведена на
фиг. 1,146. Ток повреждения совпадает по фа-
зе с Еа . Напряжение смещения нулевой точ-
ки системы UZo при изменении величины Rn пе-
ремещается концом своего вектора по прямой,
совпадающей с вектором э. д. с. £д. Треуголь-
ник линейных напряжений практически остает-
ся неизменным.
В компенсированных системах при идеалы
ной компенсации ЫЬ=^-^) в месте повреж-
дения имеет место в основном также актив-
ный ток, обусловленный потерями в заземляю-
щем дросселе (например, катушке Петерсена)
и утечками в сети. При неполной компенсации
ток повреждения опережает э. д. с. соответ-
ствующей фазы или отстает от него, в зави-
симости от того, имеется ли недокомпенсация
или перекомпенсация емкостного тока замыка-
ния на землю системы.
Коэфициент полноты замыкания на зем-
лю Ь на основании (I, 42) и (1, 46) может быть
представлен как отношение напряжения £Л0 меж-
ду нулевой точкой системы и землей к нор-
мальному фазному напряжению, которое при
отсутствии токов нагрузки принималось рав-
ным э. д. с:
6 = -?^. (1,49)
ЕА
Для практических расчетов защит под коэ-
фициентом полноты b удобно понимать отноше-
ние абсолютных величин (модулей) UZo и Е. При
этом для рассмотренного случая на основайии
(1,46)
6-«^г- d^> С'50»
т. е. коэфициент полноты зависит не только
от величины /?л, но также от R3 или, что то
же, от величины создаваемого в системе тока
замыкания на землю /=-^—. Таким образом
один и тот же Ъ в системах с большими зна-
чениями R3 характеризует замыкание на землю
через более высокие значения Rn. С другой
стороны, изменяя величину заземляющего со-
противления при повреждении с данным зна-
чением Rn, можно тем самым одновременно
изменить Ь. Чтобы создать, например, искусст-
венный ток замыкания на землю для действия
защиты, доводят значение R3 от величины,
равной бесконечности (изолированная нулевая
точка), до определенной конечной величины.
Коэфициент Ъ при этом уменьшается, обуслов-
ливая одновременно соответствующее сниже-
ние напряжений на неповрежденных фазах
сети.
Принимая во внимание рассмотренные выше
соотношения и диаграммы, следует притта
к следующим выводам:
1. При возникновении однофазных замыканий
сумма токов трех фаз перестает быть равной
нулю.
2. Токи в месте повреждения и в фазах ли-
нии имеют относительно небольшую величину^
определяемую характером, заземления нулевых
точек системы и емкостью ее фаз по отноше-
нию к земле.
3. Треугольник линейных напряжений оста-
ется практически неизменным, так как паде-
ниями напряжения в фазах ввиду их незначи-
тельной величины возможно пренебречь.
4. Напряжение поврежденной фазы в пре-
дельном случае при металлическом замыкании
на землю становится равным нулю, а напря-
жения неповрежденных фаз возрастают соот-
ветственно в 1,73 раза.
В некоторых случаях (например, в системах с изоли-
рованной нулевой точкой) при определенных значениях R^
напряжение одной из неповрежденных фаз может, однако,,
несколько превосходить указанную величину.
5. Появляющееся в системе смещение по-
тенциала нулевой точки по отношению к земле,
равное напряжению нулевой последовательно-
сти, практически одинаково для всех точек
сети и пропорционально коэфициенту полноты
замыкания на землю Ъ.
6. Ток в месте повреждения, равный утро-
енному току нулевой последовательности, так
же как и напряжение нулевой последователь-
ности пропорционален коэфициенту Ь. При
этом следует отметить, что токи нулевой по-
следовательности существуют не во всех точ-
ках путей токов повреждения. Так, например,,
в начале единственной линии системы с изоли-
рованной нулевой точкой (точка Р фиг. 1,12а)
сумма токов трех фаз равна нулю. Этого не
будет, если от точки Р отходят несколько ли-
ний.
Однофазные замыкания на землю (в сетях
с малыми токами замыкания на землю) на ра-
боте потребителей не отражаются, так как
при этом повреждении, как уже было указано,
треугольник линейных напряжений остается
практически неизменным.
Для таких сетей допускается поэтому не
устанавливать специальной защиты от одно-
фазных замыканий и отыскивать место повреж-
дения вручную по показаниям устройств кон-
троля изоляции, устанавливаемых на подстан-
циях или станциях. Однако дуги в месте по-
вреждения, повышение напряжений неповреж-
денных фаз или возникающие в них перенапря-
жения могут вызвать переход однофазных
замыканий в весьма нежелательные для системы
многофазные повреждения. Поэтому всегда не-
обходимо стремиться отключать поврежденную
линию при возникновении на ней устойчивого^
25
замыканий, не ликвидированного, например,
посредством катушки Петерсена, возможно
-быстро, в особенности в сетях со значитель-
ными токами замыкания на землю.
Ускорить отключение повреждений возмож-
но, устанавливая в сети защиту от однофазных
замыканий, действующую на сигнал или отклю-
чение.
Защиты реагируют на токи замыкания на
землю, искусственно создаваемые посредством
заземления нулевых точек системы через высо-
коомные сопротивления. Емкостным током
замыкания на землю для действия защиты, как
правило, не пользуются, так как его величина
повреждений, произойти удорожание заземле-
ний подстанций и т. д.
Поэтому защиты в случае их установки чаще
осуществляются с действием на сигнал»
При этом после получения сигнала в ряде
случаев бывает возможно предварительно по-
средством ручных переключений перевести по-
требителя с односторонним питанием на другой
и/>№
V* Р
г-ЛЛЛЛ
-ад
-А
-В
9-5
а
т
Направл.Ё&Ё0
Фиг. 1,15. Двухфазное металлическое замыкание на землю в системе с изолированной
нулевой точкой.
или бывает недостаточна, или он оказывается
компенсированным, или сильно может колебать-
ся при определенных коммутационных пере-
ключениях в процессе эксплоатации. В сетях
генераторного напряжения искусственные ак-
тивные токи замыкания на землю приходится
создавать также для выполнения защит гене-
раторов.
Действие защит на отключение имеет сле-
дующие преимущества перед действием на
сигнал:
1) уменьшается вероятность перехода одно-
фазных замыканий в многофазные;
2) упрощается эксплоатация, так как по-
врежденный элемент отключается автомати-
чески;
3) уменьшается длительность работы изо-
ляции генераторов в ненормальных условиях
{в системах генераторного напряжения), пред-
ставляющих некоторую опасность для сохран-
ности машин, особенно напряжением 10 kV.
Однако при действии защит на отключение
нарушается электроснабжение потребителей,
не имеющих резервного питания. Для селек-
тивного отключения повреждений необходима
установка защиты не только на головных уча-
стках сети, но так же на всех последовательно
включенных элементах системы данного напря-
жения. Кроме того в случае необходимости
создания значительных искусственных токов
может усложниться защита от междуфазных
36
питающий фидер и только после этого отклю-
чить поврежденную линию без нарушения
электроснабжения.
Выбор чувствительности защит производит-
ся обычно, исходя из того, что они должны
начийать действовать при повреждениях, ха-
рактеризуемых коэфициентами b >- 0,4—0,5.
7. ДВУХФАЗНЫЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Двухфазные замыкания на землю являются
для системы весьма тяжелым повреждением.
Поэтому защита должна быстро отключать эти
повреждения.
Вид векторных диаграмм токов и напряжений при
двухфазных замыканиях на землю зависит от характера
заземления нулевой точки системы, в которой произошло
повреждение.
В системах с изолированной нулевой точкой (фиг, 1,15а)
соотношение между векторами токов и напряжений для
случая металлического замыкания на землю может быть
получено из рассмотренных соотношений для замыкания
между двумя фазами (фиг. 1,3а). В последнем случае фаз-
ные напряжения поврежденных фаз В и С в точке/7были
равны 0,5£д; потенциал нулевой точки системы оставался
равным нулю. При двухфазном замыкании на землю на-
пряжения поврежденных фаз в точке повреждения F при-
нужденно принимают потенциал, равный нулю, а нулевая
точка системы получает смещение £/го=0ДЁл. Напряже-
ние неповрежденной фазы AU& = U2Q +E& = 1,5£д. На-
пряжения в других точках линии, например, точке Р,
определяются как падения напряжения в данной повреж-
денной фазе от Р до Ft например, Ubp = J в (&л + /Я*)-
Прн одинаковом отношении -тт- всех элементов enefбмы
концы этих векторов располагаются по прямой, совпадаю-
щей с вектором э. д. с. ЕВс (Фиг* U56).
Для систем с наглухо заземленной нулевой точкой
векторная диаграмма может быть построена на. основании
соображений, приводимых ниже.
В первую очередь рассматривается случай металли-
ческого двухфазного замыкания на землю в систему имею-
щей чисто реактивные сопротивления (фиг. 1,16а). Токи
в поврежденных фазах определяются из уравнений Кирх-
гофа для двух контуров, образованных поврежденными
фазами и землей. При этом предполагается, что взаимо-
индукция между фазами, характеризуемая реактансом ХМл
(см. гл. I, § 4), возникает только на участке PP. Тогда
EB=j(X9+XLA)JB+jXMA-Jc, (1,51)
ЕС -» У № + ХиПс +1Хмл-!в, (Ь52)
Напряжение неповрежденной фазы А за счет взаимо-
индукции между фазами линии также может изменять
свою величину по сравнению с нормальным режимом и
для точки замыкания Р равно
Vaf = ЕА + Ем - ЕА -JXMA (!в + /с). (1,58)
Р/Хц)-Ш
Фиг. 1,16. Двухфазное металлическое замыкание на землю в системе с наглухо заземлен-
ной нулевой точкой.
откуда
/*«■
JXma
(Хэ + XlaP-Xma
j(X9 + XLa)
•Ее-
(X9+XLa)*-Xj
"" *Рв
(1,53)
Мл
JX<
Мл
НХа+хи)
Ert—
Е0
(1,54)
Ток повреждения /3, направляющийся ,в землю и
возвращающийся в фазы через заземленную нулевую точку
системы (утроенный ток нулевой последовательности /0):
/3=:3/0 = /д + /с = -
-j(EB + Ec)
Хэ + XLa + ХМа
(1,55)
Фазные напряжения в поврежденных фазах определя-
ются как падения напряжения от рассматриваемой точки
на линии до места повреждения Р.
Напряжение фаз В и С в месте повреждения:
UBP = UCF = 0. (1,56)
Напряжение в точке Р, например, фазы В
(>ВР ~JXU.IB +1ХШ-1С. (1,57)
Пользуясь приведенными выражениями, строится век-
торная диаграмма (фиг. 1,166).
Благодаря взаимоиндукции токи 1В и 1q в повреж-
денных фазах определяются не только э. д. с. своей фазы
и импедансом петли данная фаза — земля, но также током
в другой фазе. Ввиду наличия тока 13 = 3/0 через землю
сумма IB -f- Ic не равна нулю. Для системы, имеющей
только реактивные сопротивления, 1В и Iq равны по ве-
личине и сдвинуты относительно оси действительных зна-
чений (по направлению совпадает с ЕВс) на некоторые
равные по величине и противоположные по знаку углы а.
Эти углы не имеют ничего общего с углами (рс, которые
характеризовали угол сдвига э. д. с. и токов для других
видов повреждений; величина их определяется значениями
сопротивлений ХМа и Х9 + Хи (фиг. 1,166). Поскольку
сопротивление ХМа < Х9 + Х^, 1В и /с сдвинуты между
собой во всех случаях на угол, меньший 180°.
В действительных условиях приходится считаться с
тем, что двухфазное замыкание на землю может произойти
через переходные сопротивления, причем последние ока-
жутся имеющими неравные величины; например, фазы В
и С замыкаются через дуги сопротивлением RBt Re на
металлическую опору, имеющую сопротивление заземле-
ния R3 (фиг. 1,17а).
Величины токов и напряжений находятся тем же ме-
тодом, как и для предыдущего случая. Составляются урав»
нения Кирхгофа для контуров двух фаз:
EB=[RB+J(X9 + XU)].IB +
+JXMA-ic + RaVB + ic).
Ec = [Rc+J(X9 + xLA)].ic +
(1,59)
0,60)
27
и из них определяются токи в поврежденных фазах:
/*=»■
/с =
kvk2 — ks
Ев-
"ъ~ь ъ*Е°
Ы
&,&> — k
,Ес
kvk2 — k3
•Ев*
(1,61)
(1,62)
где коэфициенты kb ^и^3 представляют собой следую-
щие комплексные величины:
k2 = RB+R3+j(Xa + XLAy,
k2=R3+jXMa-
(1,63)
(1,64)
(1,65)
UAF(co)
<$
8. ДВОЙНЫЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Двойные замыкания на землю происходят
главным образом в сетях с малыми токами за-
мыкания на землю (компенсированных или ра-
ботающих с нулевой точкой,изолированной или
заземленной через высокоомные активные со-
противления). Они возникают в основном вслед-
ствие повышения напряжения или перенапряже-
ний, которые появляются в системе при одно-
фазных замыканиях на землю. В сетях с наглухо
заземленной нулевой точкой значительных по-
вышений напряжений и перенапряжений в не-
поврежденных фазах при рднофазных замыка-
ниях на землю не возникает и поэтому двойные
замыкания на землю в них являются весьма
редкими и при осуществлении защит обычно
не учитываются. На этом основании двойные
замыкания на землю рассматриваются ниже
только для систем с малыми токами замыкания
на землю.
Предполагается (фиг. 1,18а), что фаза В зам-
кнулась на землю через Rb в точке М линии,
а фаза С через Re в точке
N линии.
На участке от нулевой
точки системы до первого
места повреждения N сумма
токов в трех фазах равна
нулю; ток в неповрежденной
фазе А в любой точке также
равен нулю. Поэтому
Фиг. 1,17. Двухфазное замыкание на землю в системе с наглухо заземленной
нулевой точкой через неравные переходные сопротивления.
1с=-1в.
(1,66)
На основании£второго закона Кирхгофа
V* = та+тл+иел+Нв+Ис+Шха±2хл+хи) (1'67>
и "на векторной диаграмме (фиг. 1,186) отстает
от ЕЪс — Ев — Ее на угол
Lw
<Рс=
2ХВ+2Х,+ Х1л
-arctg 2Rd+<2RA+RgA+RB+Rcy№>
Ток 1с согласно (1,66) сдви-
нут по отношению к /вНаугол
180°.
Нулевгя точка системы г полу-
чает по отношению к земле смеще-
Фиг. 1,18. Двойное замыкание на землю в системе, работающей с изолирован- ние при принятых положительных
ной нулевой точкой. направлениях Еекторов, равное
На фиг. 1,176, используя выведенные соотношения,
построена векторная диаграмма для Цс = R3 = 0; R& из-
меняется от нуля до бесконечности. Концы векторов то-
ков и напряжений в месте повреждений (точка F) сколь-
зят при этом по дугам окружностей, причем при RB=oo
диаграмма характеризует собой металлическое однофаз-
ное замыкание на землю фазы С, а при /?5 = 0 — метал-
лическое двухфазное замыкание на землю (фиг. 1,166).
28
Oe0=[RB + RgA + RA + Xa+J(Xu + XA + Xd)]X
XIb-Eb=[Rc + Ra + Rs +
+]{ХЛ + Х9)]1С-ЕС. (1,69)
Если исходить из заданного на диаграмме положения
нулевой точки системы, то точка нулевого потенциала з
будет, очевидно, отстоять от нее на величину, равную U2q ,
но взятую с обратным знаком, т. е. —Uz0. Таким обра-
зом для построения на диаграмме точки з нулевого по-
тенциала необходимо к Eq прибавить с обратным знаком
вектор (Rc -f- RA -f R9) /с, совпадающий по фазе с /с и
зектор / (Хл + Х9) /с, опережающий /с на 90°.
Фазные напряжения находятся как падения напряже-
ния от рассматриваемой точки на линии до точки нуле-
вого потенциала, расположенной за RB и R&
Vbm = Rb-i'b-> Ucn=Rc-ic> (170)
Um = (Rb + RgA +JXu) •/* (VI)
Напряжение фазы С между точками М и N не остается
постоянным, хотя ток в этом участке и отсутствует. Это
объясняется взаимоиндукцией между фазами линии. Так,
например, напряжение фазы С в точке М равно
ками нулевой последовательности. Ток 13 через место
повреждения (например, через то4ку М) в землю равен
утроенному току в каждой фазе линии::
/5 = /а + '* + /с = 3/0 =
З(£д-Дс)
J(XLa + 2XMa)'
(1,79)
Vcm^Ucn + Em^Ucn—JXma-Ib*
(1.72)
Напряжение неповрежденной фазы А вследствие вза-
имоиндукции и смещения нулевой точки системы при
возникновений повреждения также изменяется. Так, в
точке М
Uam = С/го + Еа + Ем = &о + Еа -JXma-'b. QJ3)
Если точки М и N двойного
замыкания на землю лежат на
разных радиальных линиях, отхо-
дящих от сборных шин подстанции
(фиг. 1,19), то определение вели-
чин токов и напряжений может быть
произведено таким же образом.
Ток повреждения, имеющий воз-
врат через землю, геометрически всегда рас-
полагается в определенной зоне под соответ-
ствующей ему фазой линии. В рассматривае-
мом случае его путь поэтому через землю от
точки т к точке N проходит не по кратчай-
шему расстоянию, а по трассе: точка М, шины
подстанции, точка /V. По величине ток
Ев — Eq
lB=2R3+RgAM+RB±RgAN+Rc+j(2X3+XUM+XUN-'
При двухстороннем питании выражения для токов
получаются значительно более сложными. Поэтому для
простоты рассматривается случай двойного замыкания на
концах линии, питаемой с двух сторон системами беско-
нечной мощности, имеющими, следовательно, сопротивле-
ния 2Э = 0 (фиг. 1,20). Электродвижущие силы обеих си-
стем предполагаются одинаковыми по величине и фазе.
Токи /д, 1В и Iq в фазах поврежденной линии опре-
деляются на основании второго закона Кирхгофа для трех
контуров между двумя точками замыкания на землю:
Соотношения между напряжениями в различных точ-
ках системы значительно упрощаются при металлическом
повреждении в принятии всех сопротивлений системы
реактивными. В этом случае (фиг. 1,21) токи 1В и /с
сдвинуты по отношению к з. д. с. EBq на Угол 90° (1,68),
нулевая точка системы располагается на прямой bBCf
замыкающей концы э. д. с. Ев и Ее (I, 69), по которой
также перемещаются концы векторов напряжений по-
врежденных фаз В и С (1,70 и 1,71).
На основании данных выше выражений и
диаграмм можно сделать следующие выводы:
1. При появлении замыкания на землю сумма
лес
. (1,74)
Путь moha через землю под
линией Л
Фиг. Iv19« Протекание тока при двойном замыкании на
t землю под поврежденными линиями.
откуда
Ев - Ес =jXu • IA +JXMA (lB + /с);
Ев - Ёс =jXLA .fB +JXMA (Г'А + /с);
EB — Eс =jXLA*rc +JXMa (Ia + IB),
Ев-Ег
(1,75)
(1.76)
(1,77)
(US)
JA = tB = Ic=HXu + 2XMA)-
Таким образом во всех трех фазах линии токи имеют
одинаковую величину и направление, т. е. являются то-
Фиг. 1,20. Токораспределение при двойном замыкании
на землю по краям линии, связывающей системы очень
большой мощности.
29
токов Iа +1в +1с Ф 0 возникает только на
участке между точками М п N замыкания фаз
на землю.
2. Величина тока повреждения при распо-
ложении обоих мест замыкания на землю на
одном радиальном направлении обычно близка
к току замыкания между фазами при повреж-
дении в более удаленной точке. Это следует
из того, что реактанс петли провод-земля Xla
для линий без тросов составляет в среднем 180%
реактанса их положительной последователь-
ности Хл% т. е. представляет для тока сопро-
тивление, примерно эквивалентное сопротивле-
нию двух поврежденных проводов в случае
замыкания между двумя фазами.
деле достигая величины токов в поврежденных
фазах.
6. При расположении мест замыкания М
и N в одной точке линии двойное замыкание
на землю превращается в рассмотренный выше
случай двухфазного замыкания на землю в си-
стеме с малым током однофазного поврежде-
ния.
При возникновении в системе с малыми то-
ками однофазных повреждений двойных замы-
каний на землю в общем случае более жела-
тельно отключение только одного места по-
вреждения, причем в радиальных сетях более
удаленного от генерирующего источника. При
этом предполагается, что второе место повреж-
\? 'Iff точка N "LJt точкаМ_
Фиг. 1,21. Изменение фазнкх напряжений вдоль линии при двойном металлическом замыкании
при принятии всех сопротивлений системы реактивными.
По той же причине величина тока повреж-
дения изменяется незначительно при переме-
щении точки замыкания на землю N от начала
линии Р до второй более удаленной точки по-
вреждения М [Л. 7].
Для линий, покрытых тросами, реактанс
петли провод-земля в среднем понижается до
130% Хл\ при этом ток двойного замыкания на
землю может быть несколько большим тока,
соответствующего трехфазному металлическо-
му замыканию.
3. При расположении мест замыкания на
землю М и N на разных линиях, отходящих
от данной подстанции, величина тока повреж-
дения может быть значительно меньшей тока
при замыкании между фазами, происшедшем
даже в более удаленной из указанных точек
[см. (1,74) и п. 2].
4. Напряжение на фазе С, поврежденной в
точке N, ближе расположенной к генерирую-
щему источнику вдоль участка MN за счет
наличия взаимоиндукции, изменяется. Это при-
водит к тому, что напряжение между повреж-
денными фазами в более удаленной точке М
оказывается даже при металлическом замыка-
нии равным не нулю, а э. д. с. взаимоиндукции,
индуктируемой на участке MN.
5. В неповрежденной фазе линии при нали-
чии двухстороннего питания ток повреждения
может иметь значительную величину, в пре-
30
То ч ha M на фазе В
Of-O
Фиг. 1,22. Двойное замыкание на землю* на головных ли-
ниях закольцованной сети, могущее привести к_ полному
ее отключению.
дения погасится дугогас,ящими устройствами
(например, в воздушных компенсированных се-
тях) или будет ликвидировано обслуживающим
персоналом (например, при повреждении на
шинах подстанции путем перевода от руки
всех элементов на резервную систему шин).
Стремление отключать при двойных замыканиях
на землю только одно место повреждения вы-
зывается тем, что при возникновении этого
повреждения в наиболее опасных точках воз-
можно отключение всей системы или значи-
тельной ее части. Так, например (фиг. 1,22),
при замыкании на фазе В в точке М одной
головной Линий й Ш фазе С ШТбЧкё N другой
такой же линии, питающих кольцованную сеть,
все подстанции последней могут оказаться без
напряжения. При наличии одного замыкания на
линии, а другого на шинах станции (фиг. 1,23)
при отключении последних окажется также
без напряжения вся сеть, питаемая от рассмат-
риваемой станции.
Однако ^в системах с достаточно высоким
уровнем изоляции двойные замыкания должны
происходить относи-
УдЦау Ha0a3eL т^ЛЬНО редко. СпеЦИ-
альные устройства для
обеспечения отключе-
ния одного места по-
вреждения в ряде слу-
чаев не являются до-
fТочка мнафоТев статочно полноценны-
_ ми и лишь усложняют
Фиг. 1,23. Двойное замыка- СХ6МЫ 3аЩИТ- ПоэтомУ
ние на землю, при котором в настоящее время по
одно из мест повреждения ВОЗМОЖНОСТИ Ограничи-
расположено на шинах стан- вают область примене-
' ции- ния специальных уст-
ройств для отключения
одного места повреждения. В кабельных сетях
они совершенно не применяются, в воздушных
компенсированных 35-kV сетях их иногда уста-
навливают при недостаточно высоком уровне
изоляции или в тех случаях, когда отключе-
ние одного доеста повреждения обязательно.
При выборе для установки нормальных схем (без
специальных блокировок при двойных замыка-
ниях на землю) при прочих равных условиях
предпочтение, однако, должно быть отдано той,
которая обеспечивает в большей мере отклю-
чение одного места повреждения.
9. ОБРЫВ ФАЗЫ
Обрыв фазы линии, не сопровождающийся
одновременным ее замыканием на землю или
другие фазы, в большинстве случаев для си-
стемы в целом серьезной опасности не пред-
ставляет. Однако он сопровождается следую-
щими нежелательными последствиями:
1) генераторы, работающие на потребите-
лей через поврежденную линию, получают не-
симметричную нагрузку; магнитное поле ста-
тора, имеющее отрицательную составляющую,
обусловливает в железе ротора и его демпфер-
ной обмотке (при наличии таковой) токи, мо-
гущие привести к недопустимым перегревам;
2) потребители, питаемые через поврежден-
ную линию, оказываются работающими в не-
нормальных условиях; так, например, в асин-
хронных двигателях появляются повышенные
токи, число оборотов понижается и возможна
даже полная их остановка;
3) неповрежденные линии, работающие па-
раллельно с поврежденной, получают в фазах,
одноименных с оборвавшейся, дополнительную
нагрузку, которая приводит к появлению на
здоровых линиях токов нулевой последователь
ности (сумма токов трех фаз оказывается не
равной нулю), при этом защита неповрежден
ных линий, реагирующая на токи нулевой по-
следовательности, может работать неправильно.
Однако, как показывает статистика, обрывы*
фаз, особенно не сопровождающиеся одновре-
менно каким-либо другим видом- повреждений,,
весьма редки. Поэтому установка на линиях>
защит от обрыва фаа в настоящее время не
рекомендуется.
10. НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ
Основными видами ненормальных режимов
работы электрических сетей, которые прихо-
дится учитывать при проектировании релейной
защиты, являются: /
1) сверхтоки, т. е. токи, имеющие величину^,
большую номинальной для данной линии, и воз*
никающие при перегрузках или замыканиях,,
расположенных где-либо на соседних, участках,
системы;
2) колебания напряжений и токов, возникаю-
щие при качаниях или выпадении из синхро-
низма параллельно л^отающих в системе син-
хронных машин. '
Сверхтоки. Сверхтоки оказывают на ли-
нии термическое и динамическое воздействия,
могущие привести к преждевременному износу
линий, особенно в местах установки клемм,,
соединяющих провода, или к их поврежде-
ниям.
От сверхтоков, вызванных короткими замы-
каниями, возникшими вне защищаемой линии^
последняя обычно защищается защитами от по-
вреждений. Эти защиты имеют времена дей-
ствия, удовлетворяющие термической устойчи-
вости воздушных линий. В кабельных сетях,
обладающих меньшей термической устойчи-
востью, чем воздушные, выдержки времени
защит от повреждений должны согласовываться
с термической устойчивостью кабелей.
При сверхтоках, вызванных перегрузками*
немедленное отключение воздушных линий не
требуется. Поэтому работа воздушных сетей,
контролируется по показаниям амперметров и
перегрузки устраняются путем соответствую-
щих мероприятий дежурного персонала.
Защита кабельных линий от сверхтоков»
вызванных перегрузкой, превышающей 140—
150% номинального тока кабеля, считается не-
обходимой. В качестве такой защиты исполь-
зуется защита от повреждений (многофазных
замыканий). Если сделать этого не представ-
ляется возможным, то иногда устанавливают
специальную защиту от сверхтоков, действую-
щую в установках без постоянного дежурного
персонала на отключение, а при наличии по-
3L
сследнего— на сигнал. Невыполнение этого ме-
роприятия вполне возможно в установках, где
обеспечено тщательное наблюдение за нагруз-
кой (например, неавтоматизированные станции).
Качания в системе. Явления, проис-
ходящие при возникновении в системе качаний
или выходе из синхронизма синхронных машин,
рассматриваются ниже для радиальной сети с
двухсторонним питанием, работающей вхоло-
стую (фиг. 1,24). Наиболее часто качания во-
—Ем М
•°пЛЛЛг°-
w /—
хпчял
WWW
«Фаг. 1,24. Векторная диаграмма токов и напряжений при
качаниях в системе, работающей вхолостую.
зникают вследствие повреждений в системе,
например, многофазных замыканий. В целях
упрощения ниже рассматриваются качания,
происходящие после отключения повреждения.
В этом случае явления во всех трех фазах
протекают совершенно одинаково и их пред-
ставляется возможным рассматривать в одно-
фазной схеме.
Для эффективных значений э. д. с. Ем и EN
станций М и N, равных по абсолютной вели-
чине, приняты условные положительные направ-
ления от нулевых точек машин в сторону шин.
'Условное положительное направление тока /
в линии и обмотках машин взято от станции N
к станции М. При угле расхождения Ем и ENt
равном §°, если учитывать только реактивные
сопротивления станций Хм и XN, ток
/=
En — em
Ял+ДХм + Хл + Х^
(1,80)
и отсМёТ от разности э. д. с. EN(l — е*) на
угол
cpc±r=arctg
Хм + Хл + Хм
Ял
(1,81)
За положительное направление разностц на-
пряжений в двух точках линии принято услов-
ное положительное направление тока между
этими точками.
Напряжение в точке М линии, принимая во
внимание, что потенциалы нулевых точек гене-
раторов станций остаются при качаниях, как
и при нормальной работе, равными нулю:
Напряжение в точке N линии
Un-En-jXn'**-
= 0M + (RA+jXJL
(1,82)
(1,83)
Минимальное напряжение в системе UK при
данном угле расхождения э. д. с. станций 8
равно длине перпендикуляра, опущенного из
центра диаграммы на вектор UNM падения на-
пряжения в линии.
Точка в системе, имеющая при данном угле
расхождения векторов э. д. с. 8 минимальное
напряжение, называется электрическим
центром. Для системы, все элементы кото-
рой имеют одинаковые импедансные углы, рав-
ные, следовательно, углу <рс, электрический
центр вне зависимости от угла расхождения
векторов э. д. с. находится в одной точке,
определяемой половиной импеданса системы.
В системе, элементы которой имеют различные
импедансные углы, электрический центр в за-
висимости от угла 8 может занимать различные
положения и может оказаться не только на
линии, но и внутри машин станций.
При изменении угла сдвига Ь концы векто-
ров разности э. д. с. EN — EM, тока /, напря-
жений UN и Ом скользят по дугам окружно-
стей.
Зависимость абсолютных, величин токов и
напряжений от угла сдвига 8 дана соответст-
венно на фиг. 1,25 и 1,26.
С учетом присоединенной к системе нагрузки
изменение токов в линии в зависимости от угла
сдвига Ь приведено на фиг. I, 27.
Время, в течение которого значения тока
и напряжения в данной точке линии проходят
цикл изменений от одного минимального или
максимального значения до следующего, назы-
вается периодом качаний. Величина его
колеблется примерно в пределах 0,2—2,5 сек.,
причем меньшие значения отнЪсятся обычно к
случаю выпадения из синхронизма параллельно
работающих машин.
32
На основании приведенных соотношений и
выводов можно сделать следующие общие за-
ключения:
1. При качаниях машин в системе в линиях
возникают выравнивающие пульсирующие токи.
Эти токи имеют максимальные значения при
углах сдвига э. д. с. машин, близких к 180°.
Максимальные величины этих токов определя-
ются удвоенным значением з. д. с. одной стан-
ции (при EM=EN) и могут быть даже больше
токов трехфазного короткого замыкания. В си-
стеме, работающей вхолостую, минимальные
значения выравнивающих токов снижаются до
нуля. В нагруженных системах минимальные
значения токов не равны нулю и определяются
величиной, местом просоединения и характе-
ром нагрузки.
2. Напряжения на линиях при возникновении
качаний также начинают пульсировать. Наибо-
лее сильные их колебания происходят в точках
системы, расположенных вблизи ее электриче-
ского центра. В электрическом центре напря-
жение может снижаться до нуля.
3. Выравнивающий ток отстает от разности
э. д. с. на угол срс, определяемый постоянными
системы. Углы сдвига между током и напряже-
нием в зависимости от угла 8 ^леблются в
весьма широких пределах, имея значения как
большие, так и меньшие 90°.
Ряд защит, действующих в сетях при по-
вреждениях, реагирует также и на качания,
поскольку последние сопровождаются повыше-
нием токов и понижением напряжений, как и
при коротком замыкании.
В связи с тем что релейная защита при ка-
чаниях может в общем случае действовать в
произвольных точках системы и даже одно-
временно в нескольких местах, обесточивая
ряд потребителей, к ней предъявляется требо-
вание не реагировать на качания. В настоящее
время это может быть достигнуто для защит
с относительно небольшими выдержками вре-
мени тольк о посредством специальных уст-
ройств, усложняющих схемы защиты.
При выходе отдельных частей системы из
синхронизма или в случае недопустимых кача-
ний, которые должны привести к выходу из
синхронизма, рекомендуется систему разрезать
в определенных, заранее установленных точ-
ках на несинхронно работающие части так,
чтобы в них были по возможности полно сба-
лансированы мощности генераторов и потре-
бителей.
Фиг. I, 25. Изменение токов в линии при качаниях в си-
стеме, работающей вхолостую.
Фиг. 1,26. Изменение напряжений в различных точках
линии при качаниях в системе, работающей вхолостую.
Фиг. 1,27. Изменение тока в линии при качаниях нагру-
женной системы.
3 Релейная защита
ГЛАВА ВТОРАЯ
МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТЫ
Максимальной токовой защитой называется
защита, реагирующая на величину тока в за-
щищаемой линии. Защита приходит в действие,
если ток превысит некоторую, заранее уста-
новленную величину.
Защита осуществляется посредством макси-
мальных токовых реле; они, как правило, вы-
полняются на электромагнитном или индукцион-
ном принципах.
Указанные реле классифицируются согласно
табл. II, 1.
Таблица 11,1
Классификация максимальных токовых реле
№по|
пор.
1
2
Способы клас-
сификации
По способу
включения вос-
принимающего
органа
По способу
воздействия
исполнительно-
го органа на
выключатель
Типы реле
Первичные
Вторичные
Прямого
действия
Косвенного
действия
Пояснения
Воспринимающий орган
включается непосред-
ственно в цепь защи-
щаемого элемента си-
стемы
Воспринимающий орган
приключается к защи-
щаемому элементу си-
стемы через измери-
тельные трансформа-
торы
Исполнительный орган
механически действует
на отключающий ме-
ханизм выключателя
При мечание. Если
под реле понимать толь-
ко автоматы, имеющие
контакты, данный тип к
классу реле не относится
Исполнительный орган
только управляет
цепью вспомогатель-
ного источника опера-
тивного тока, служа-
щего для питания от-
ключающего устрой-
ства выключателя
На фцг. II, 1 гушведена однолинейная прин-
ципиальная схема включение первичного
электромагнитного реле прямого действия.
Обмотка / воспринимающего органа реле
включена непосредственно в цепь тока линии.
При превышении током заранее установленной
34
величины железный якорь 2 втягивается в ка-
тушку, действуя механически, при помощи
скрепленной с ним штанги 3 на рычажную
систему 4. Последняя' освобождает при этом
защелку 5 выключателя, который под действием
пружины 6 размыкает свои контакты и разры-
вает цепь тока.
Цель главного тока
Реле
Выключатель
Фиг. 11,1. Схема включения первичного реле максималь-
ного тока прямого действия.
Цепь главного тока
■Ов
включатель
Нстшик
оперативного
тока о
Фиг. 11,2. Схема включения вторичного реле максималь-
ного тока косвенного действия.
На фиг. II, 2 приведена однолинейная прин-
ципиальная схема включения вторичного
электромагнитного реле косвенного действия.
Обмотка 2 воспринимающего органа реле
присоединена ко вторичной обмотке / измери-
тельного трансформатора тока, включенного
первичной обмоткой в линию. При превышении
током заранее установленной величины желез-
ный якорь 3 втягивается в катушку, замыкая
при помощи связанного с ним контакта 4 цепь
оперативного тока. Последний, проходя по
катушке 5 электромагнита 6 отключающего
устройства выключателя, освобождает защелку
выключателя 7, который под действием пру-
жины 8 размыкает свои контакты.
На фиг. 11,3 и 11,4 приведены однолиней-
ные принципиальные схемы включения первич-
ного реле косвенного действия и вторичного-
реле прямого действия.
Первичные максимальные токовые реле
имеют следующие основные недостатки:
i) обмотки реле при больших значениях
токов повреждения подвергаются соответствую-
щим термическим и динамическим воздейст-
виям, поэтому механизм реле должен быть
весьма прочным, массивным и, как следствие
этого, часто бывает недостаточно точным и
чувствительным;
2) в условиях эксплоатации обмотки реле
находятся под полным рабочим напряжением
защищаемой установки, поэтому для проверки
или регулировки реле необходимо снимать
напряжение с выключателя, на котором это реле
установлено, что по условиям работы линии
бывает в некоторых случаях затруднительно
или даже невозможно.
Цепь главного тона
Выключатель
Фиг. ll,3. Схема включения первичного реле максималь-
ного тока косвенного действия.
Цепь глабного тока
?р-ртока
целесообразно использовать для линий в уста-
новках до 35 kV включительно, с выключате-
лями, допускающими применение ручных авто-
матических приводов (приводов, включаемых
вручную).
Большое распространение в настоящее время
имеют вторичные реле косвенного действия.
Они обладают следующими достоинствами:
1) реле можно выполнить достаточно точ-
ными и чувствительными, так как они: а) должны
совершать незначительную работу, управляя
только цепью оперативного тока; б) подвер-
гаются относительно небольшим термическим
и динамическим воздействиям токов повреж-
дения, будучи включены через измерительные
трансформаторы тока;
2) реле можно проверять и регулировать
во время эксплоатации без нарушения работы
защищаемой линии, так как они устанавливаются
отдельно от выключателей.
К недостаткам схем защиты с реле косвен-
ного действия следует отнести необходимость
иметь источник оперативного тока.
Максимальная токовая защита является наи-
более простой и дешевой и поэтому широко
применяется в распределительных сетях напря-
жением 35 kV и ниже.
_ Т f Выключатель /"^ ^ч а
lip ( "ъ Wb4-a 1
в
Н I 3 2 \ 1
J-o—*~ I
Фиг. 11,4. Схема включения вторич-
ного реле максимального тока прямо-
го действия
Фиг. 11,5. Размещение максимальной токовой защиты в радиальной сети с
односторонним питанием.
Вторичные реле прямого действия для осво-
бождения защелки выключателя должны со-
вершать значительную работу. Поэтому они
в некоторых случаях не могут быть выполнены
очень точными и чувствительными. Проверка
и регулировка таких реле, когда защищаемая
линия находится под напряжением, иногда также
затруднительны, так как реле связаны непосред-
ственно с механизмом выключателя.
Применение реле прямого действия (в осо-
бенности первичных) ограничивалось главным
образом неответственными установками не-^
большой мощности, напряжением до 6 kV,
часто не имеющими источников оперативного
тока. Однако несложные типы релейной защиты
с вторичными реле прямого действия отлича-
ются при хорошем качестве последних большей
простотой и надежностью в эксплоатации, чем
защиты на оперативном токе, в особенности,
если он получается от аккумуляторных батарей
(см. ниже). Поэтому вторичные реле прямого
действия допустимо, а в ряде случаев и наиболее
Действие защиты рассмотрено на примере
применения ее для радиальной сети с односто-
ронним питанием (фиг. 11,5).
Такую защиту обыкновенно устанавливают
в сети только со стороны питания линий для
отключения- выключателей /, 3 и 5. Основная
зона, защищаемая каждой из защит, включает
линию и шины приемной подстанции.
Недостатком размещения защит по фиг. II, о
является то, что по сработавшей защите нельзя
определить, где произошло повреждение — на
линии или на шинах соответствующей приемной
подстанции. Это обстоятельство в некоторых
случаях увеличивает время, необходимое для
отыскания поврежденного объекта, и затягивает
восстановление нормального режима работы.
Недостаток можно устранить установкой на
приемных сторонах линий максимальной токовой
защиты, действующей на выключатели 2 и 4.
Однако при этом значительно возрастает сто-
имость защиты сети и увеличиваются, как то
будет показано ниже, времена ее действия.
35
Поэтому установка защит с приемных сторон
линий в настоящее время, как правило, не ре-
комендуется.
Ток трогания реле защиты ip.m, т. е.
минимальный ток, при котором оно срабатывает,
для предотвращения отключений линий при
отсутствии повреждения на них должен быть
больше максимального тока нагрузки защищае-
мой линии.
№/fk i Фиг. 11,6. Виды характеристик
* максимальных токовых реле.
а — независимая характеристика; б — зави-
симая характеристика; в — ограниченно-за-
висимая характеристика.
Зависимая частЬ+{—Мезавис. часть
выдержек времени, тем больших, чем ближе
защита расположена к источнику питания. В
этом случае при возникновении повреждения
первой сработает защита, ближе расположенная
к месту замыкания, имеющая меньшую вы-
держку времени.
Существуют три основных типа максималь-
ных токовых реле с независимой, зави-
симой и ограниченно-зависимой вы-
держкой времени (фиг. 11,6). Реле с
независимой выдержкой времени имеет постоян-
ное время действия t, не зависящее от вели-
чины тока ip в его обмотке. Частным видом
/£%Ч
А
Фиг. 11,7.
6)
Условные изображения реле
максимального тока.
а — с независимой характеристикой; б — мгновен-
ного действия; в — с ограниченно-зависимой ха-
рактеристикой.
При повреждении на одном из участков сети
ток повреждения проходит через все реле,
установленные между местом повреждения и
генерирующим*источником, и если этот ток ока-
жется больше, чем ip.m реле, то защиты при-
дут в действие. Однако по условию селектив-
ности сработать и отключить выключатель дол-
жна только одна защита, ближайшая к месту
повреждения, в зоне которой оно произошло.
Так, например, при повреждении на участке ВС
могут подействовать защиты на выключателях
3 и 5; сработать же должна только защита на
выключателе 3. Такое действие защиты может
быть достигнуто двумя способами.
Первый основывается н# том, что ток по-
вреждения уменьшается при прочих равных усло-
виях с удалением места повреждения от гене-
рирующего источника. ВьгВирая ip.m защит боль-
шими, чем максимальные токи реле на данном
участке при ^повреждении на следующем, более
удаленном от источника питания, возможно
создать мгновенно действующую селективную
защиту. Выполненная таким образом защита
будет весьма грубой, может вообще не дейст-
вовать при замыканиях на защищаемом участке
или в лучшем случае будет защищать только
часть его, расположенную ближе к источнику
питания. Поэтому такую защиту, носящую на-
звание максимальной токовой отсечки (см. гл. II,
§ 17) в общем случае нельзя применять как
основную для защиты линий.
Второй способ, как правило, применяемый
на практике, предусматривает создание у защит
этого типа является мгновенное (незамедлен-
ное) реле, время действия которого опреде-
ляется только собственным временем действия
конструкции, которое стремятся в большинстве^
случаев иметь по возможности малым.
Реле с зависимой характеристикой действу-
ет с тем меньшей выдержкой времени, чем
больше ток в его обмотке. Реле с ограниченно-
зависимой характеристикой имеет время дейст-
вия, зависящее от тока при относительно не-
больших значениях последнего и не зависящее
при больших.
Условные изображения наиболее часто при-
меняемых типов реле приведены на фиг. 11,7.
2. ТОК ТРОГАНИЯ ЗАЩИТЫ
Для определения величины тока трогания
защиты рассматривается ее поведение при по-
вреждении вне основной защищаемой зоны.
Предположим, например, что повреждение
произошло на участке ВС радиальной сети
(фиг. 11,5). В действие придут защиты на вы-
ключателях 3 и 5. При правильной работе защиты
с выдержкой времени tz отключается выклю-
чатель 3, ближайший к месту замыкания. После
этого повреждение в участке АВ исчезнет и
защита на выключателе 5, работающая с выдерж-
кой времени th^>tv должна перестать действо-
вать и возвратится в исходное положение (фиг.
11,8). Однако это произойдет только в том
случае, если ток возврата Ьрл максимальных
токовых реле защиты на выключателе 5, т. е.
36
максимальный ток, при котором реле возвра-
щается в исходное положение, окажется боль-
ше максимального тока нагрузки 1нагр max, на-
равляющегося теперь по линии АВ к потребите-
плям подстанции В:
VAl
С
1 "§ 1
1
1*
*1
1 €
i
'5
s
if
Li-
"1
1 S
1 ^
_L
-—и
1р.в^>1нагр max
^*** —j*: ъ
> —*"
Si
ci ■
ii
1 "^
, 1
! ]
'a
I
L
(n,i)
^——
Lceh
Фиг. 11,8,
Поведение максимальной токовой -защиты при
сверхтоках.
Необходимо учитывать, что отключенная
линия ВС могла передавать относительно не-
большую мощность и, следовательно, ток на-
грузки 1Нагрт\п по величине близок к максималь-
ному току 1нагртах, передаваемому по линии
АВ в условиях эксплоатации, и поэтому может
быть ему приравнен.
Вводя коэфициент надежности kH^>l соотно-
шение (11,1) можно представить в следующем
виде:
^р. в zs=^h • 1>нагр max. (U> £)
Значения ip.m и ip.e максимальных токовых
реле находятся между собой в определенном
соотношении, зависящем от механических и
электрических свойств реле и определяемом
коэфициентом возврата.
R>e -"~
р, tn
(И,3)
Для максимальных реле £в< 1, т. е. ip.e < ip. m.
Принимая во внимание (II, 2) и (11,3), получим
fp« т — -т—^нагр max.
(И,4)
В выражениях (ИЛ—П,4) все токи отнесены
ко вторичным обмоткам измерительных транс-
форматоров тока и поэтому обозначены строч-
ными буквами. В случае отнесения токов к пер-
вичным обмоткам измерительных трансфор-
маторов их принято обозначать заглавными
буквами. Так, например, ток трогания защиты
выразится через первичный ток нагрузки
'нагр. max при коэфициенте трансформации транс*
форматоров пт следующим соотношением:
*н 1нагр max
ke
(11,5)
Пщ
У современных вторичных реле косвенного
действия ke ££0,8 -s- 0,9. Чем выше ke, тем меньший
ip.m можно установить на защите при данной
нагрузке, а следовательно, тем чувствительнее
она будет.
Выбор величины kH определяется целым ря-
дом факторов, основными из которых являются:
1) ошибки в ip. представляющие собой
разность между действительным его значением
и установленным при регулировке реле;
2) возможность появления в защищаемом уча"
стке после отключения сквозного короткого
замыкания токов нагрузки больших, чем при
нормальной работе.
Указанные соотношения токов получаются
при нагрузке, имеющей значительный процент
асинхронных двигателей, не отключаемых при
кратковременных понижениях напряжения.
Такая нагрузка после отключения сквозного
замыкания в сети потребляет в течение неко-
торого времени повышенный ток, пока двигатели
не приобретут нормального скольжения. Если
же напряжение не восстанавливается до
нормальной величины, то и установившийся ток
нагрузки может оказаться больше нормального,
принятого для вычисления ip. m
При расчетах принимается kH^ 1,2. В резуль-
тате оказывается ip. т /^ 140% максимального
рабочего тока. 1нагртах в правильно запроекти-
рованной и нормально эксплоатируемой установ-
ке не должен значительно превосходить номи-
нального тока элементов, входящих в защищае-
мую зону (разъединителей, выключателей, про-
водов, измерительных трансформаторов тока).
В некоторых специальных случаях, когда
ток в защищаемой линии при восстановлении
напряжения в сети в течение времени, больше-
го времени действия защиты, значительно пре-
восходит ток нагрузки (например, на фидерах
собственного расхода станций, питающих дви-
гатели с короткозамкнутыми роторами) ip.m
приходится выбирать больше, чем пусковой ток.
3. ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ ЗАЩИТЫ
Выбор выдержек времени защит зависит от
вида характеристик принятых к установке мак-
симальных токовых реле.
Выдержки времени защит с независимыми
характеристиками (фиг. II, 6а) устанавливаются
согласно ступенчатому принципу, по которому
37
каждая последующая защита, считая по напра-
влению к источнику питания, должна иметь
время действия большее, чем у предыдущей
защиты, имеющей наибольшую выдержку вре-
мени.
Выбор выдержек времени следует начинать
с защиты элемента, наиболее удаленного от
источника питания, т. е. защиты на подстанции
С (фиг. II, 9).. Выдержка времени tx этой защи-
ты, как правило, берется равной нулю. При
этом время действия защиты оказывается рав-
ным собственному времени действия tQ мгновен-
ных реле, входящих в схему.
4 3 2,2' 1
S—^ ш Ш Ш til
C^)~rh—(з:—It
\ii
*?
Фиг. 11,9. Характеристики максимальной токовой защиты
с независимой выдержкой времени.
Выдержка времени t2 защиты на следующем
участке, т. е. на подстанщр В, выбирается
большей, чем у защиты на' подстанции С на
величину At, называехмую ступенью выдер-
жки времени, и будет, следовательно, равна
t, + At
Выдержка времени tz защиты, установленной
на подстанции А, должна быть также на ступень
At большей, чем у защит элементов на преды-
дущей подстанции В. Предположим, что выдер-
жка времени t\ второго элемента, присоеди-
ненного к шинам подстанции В, больше чем t2.
Тогда согласно ступенчатому принципу время
t2 должно быть взято равным t'2-\-At.
Аналогичным образом выбирается и выдерж-
ка времени t± защиты на источнике питания
(например, генераторе или понижающем транс-
форматоре).
При выборе At учитываются следующие тре-
бования:
1) ступень должна быть такой величины,
чтобы повреждение на каком-либо участке от-
ключалось ранее, чем защита последующего
участка замкнет контакты и лодаст отключаю-
щий импульс на свой выключатель;
2) ступень должна быть по возможности
минимальной для уменьшения выдержек време-
ни защит в сети.
38
Учитывая это, At определяется на основа-
нии следующих соображений.
1. В величину At защиты должно входить соб-
ственное время действия te выключателя пре-
дыдущего участка, так как при замыкании на
нем данная защита находится под воздейст-
вием тока повреждения в течение не только
времени действия предыдущей защиты, но и
ее выключателя.
Под временем действия выключателя при
этом понимается время от момента подачи на
него отключающего импульса до момента га-
шения в нем дуги.
2. В величину At должна входить сумма мак-
симальной положительной ошибки во времени
действия Д^тах предыдущей защиты и отрица-
тельной ошибки Д£"тах данной защиты. Указан-
ное требование вызывается тем, что при наличии
ошибок Af max и At" max разница времен действия
двух смежных защит уменьшается. При непра-
вильном выборе уставок это может привести
к тому, что защита данного неповрежденного
участка успеет послать импульс на отключе-
ние, прежде чем сработает выключатель смеж-
ной поврежденной линии.
3. В At должно входить время инерцион-
ной ошибки tu реле данной защиты, так как
под влиянием сил инерции реле могут продол-
жать действовать в течение некоторого вре-
мени, после того' как повреждение было от-
ключено выключателем смежного участка. При
неучете данного фактора защита неповреж-
денного участка может сработать и неселек-
тивно отключить его уже после исчезновения
тока повреждения.
Учитывая приведенные выше соображения
и принимая резервное время (запас) равным
(11,6)
At — te -f- Д^'тах + Д£"тах + tu + t3an.
Времена действия современных союзных вы-
ключателей колеблются в пределах 0,1-^-0,3
сек. Максимальные ошибки по времени срабаты-
вания реле с независимой характеристикой до-
ходят до 0,1-^-0,15 сек., инерционные ошиб-
ки электромагнитных реле близки к нулю. По-
этому At для защит с независимыми характе-
ристиками, выполняемых, как правило, посредст-
вом электромагнитных реле, составляет обыч-
но 0,5-^0,7 сек.
Необходимо отметить, что в ряде случаев
существующие на практике выдержки време-
ни максимальных токовых защит могут быть
понижены за счет уменьшения At, взятых без
достаточных на то оснований со значительны-
ми запасами.
Выпуск и применение быстродействующих
выключателей и ^реле с малыми ошибками по
времени действия должны также дать сниже-
ние М, которые в США для некоторых сетей
с быстродействующими выключателями состав-
ляют всего 0,3 сек.
Характеристики времени действия защит с
реле, выдержки времени которых зависят от
величины тока, подбираются несколько иным
образом.
Прежде всего должен быть решен вопрос,
какой характеристике—зависимой или ограни-
ченно-зависимой (фиг. II, 6)~должно быть отдано
предпочтение. Защиты с зависимой характери-
стикой, начиная с определенных токов, имеют
АШ ВШ с
Питание | й я
1 3*г У
_ и $—|—7-Л
-л _—г~4—j
Фиг. 11,10. Характеристики максимальной токовой защи-
ты с ограниченно-зависимой выдержкой времени.
выдержки времени, близкие к нулю, и не могут
в ряде случаев обеспечить селективное отклю-
чение повреждений в сетях, имеющих несколько
последовательных участков. Поэтому на прак-
тике для защиты сетей в настоящее время при-
меняют обычно реле с ограниченно-зависимой
характеристикой.
Характеристику выдержки времени такой за-
щиты для данного участка АВ выбирают так
(фиг. 11,10), чтобы при повреждении в начале
предыдущего участка ВС, обусловливающем в
данном участке максимально возможный ток
сквозного короткого замыкания Г3, защита, уста-
новленная на подстанции Л, имела выдержку
времени на ступень tit большую, чем защита
на подстанции В. Тогда при меньших токах по-
вреждения разность в выдержках времени двух
смежных защит окажется больше одной сту*
пени и селективность будет обеспечена, так как
разность выдержек времени двух реле с раз-
ными характеристиками обычно тем больше,
чем меньше ток в реле.
По мере приближения к источнику питания
токи повреждения увеличиваются до величины
Г'з. Поэтому при замыкании на участке АВ
вблизи шин подстанции А выдержки времени
защиты данной линии понижаются и в неко-
торых частных случаях могут оказаться не
большими, чем на предыдущей. Указанное
свойство защиты, достигаемое за счет ее ра-
боты при повреждениях на смежном участке
в зависимой части характеристик, сокращает
времена действия защит в сети по сравнению
с защитами с независимыми выдержками време-
ни. ^
Ограниченно-зависимые характеристики
улучшают за счет значительных выдержек вре-
мени при токах, близких к ip. m, селективность
действия защит, установленных на радиальных
линиях, отходящих от общих шин подстанции
и питающих нагрузку, включающую значитель-
ный процент асинхронных двигателей, не от-
ключаемых при понижениях напряжения. По-
вышенные токи в здоровых линиях, обуслов-
ленные в данном случае заторможенными дви-
гателями, при повреждении на одной из ли-
ний спадают ранее, чем успевают сработать с
увеличенной выдержкой времени соответствую-
щие защиты. При применении для таких ли-
ний защит с независимыми характеристиками
селективность их действия в ряде случаев
достигается только загрублением, т. е. увели-
чением ip.m.
#К недостаткам ограниченно-зависимых ха-
рактеристик относятся:
1) относительная сложность их подбора,
особенно при необходимости согласовывать
характеристики реле различных типов;
2) затяжка в отключении повреждений,
сопровождающихся токами, близкими к ip.m,
например, при замыканиях через значительные
Rn.
4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ. ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К КОНСТРУКЦИЯМ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
uHa основании рассмотренных выше свойств
защиты к реле максимального тока предъяв-
ляются следующие основные требования:
1. ke должен быть по возможности близ-
ким к единице. Чем выше k8l чем ближе он
к единице, тем меньший ip, m возможно уста-
новить на защите (см. II, 4).
Для идеальных реле ke должен равняться
единице, т. е. ip%m должен быть равен iPtB. Однако
в существующих конструкциях он никогда еди-
нице не равняется по ряду причин, главными
из которых являются следующие:
а) неодинаковые законы изменения дейст-
вующих и противодействующих сил при ра-
боте реле;
б) трение в подвижных частях реле;
в) необходимость создания . достаточного
нажатия контактов реле для их надежной ра-
боты;
г) явление гистерезиса.
39
Разбор влияния этих факторов приведен в
следующем параграфе. Здесь же только отме-
тим, что все они обусловливают то, что ip.m
всегда бывает больше ipe а следовательно,
kB <1.
2. Реле должно иметь по возможности мень-
шие ошибки в ip.m9 так как с возрастанием
стих ошибок увеличивается ip.m защиты за
счет возрастания kH (см. 11,4). Ошибки в ip.m
обычно не превосходят ± 5 % от установлен-
ного значения.
Фиг. 11,11. Времена инерционной ошибки ((и) и выбега (tu.e).
3. Реле должно иметь по возможности мень-
шие ошибки в выдержке времени, так как при
этом уменьшается At (см. 11,6), определяю-
щая времена действия защит в сети. У боль-
шинства реле абсолютные значения указанных
ошибок возрастают с увеличением выдержек
времени. Реле с ограниченно-зависимой харак-
теристикой имеют относительно большие ошиб-
ки в зависимой части. Ошибки по времени,
как правило, не превосходят 0,15 сек.
4. Инерционная ошибка реле tu должна
быть минимальной, так как с ее возрастанием
увеличивается At (см. II, 6). Инерционную
ошибку, равную времени, в течение которого
подвижной контакт реле под действием тока
короткого замыкания проходит путь, равный
по величине инерционному выбегу, не следует
смешивать с временем инерционного
выбега ttt.e, под которым понимается время,
в течение которого двигается подвижной кон-
такт реле после прекращения в реле тока по-
вреждения, проходя путь, называемый инер-
ционным выбегом.
Разницу понятий — инерционная ошибка и
время инерционного выбега поясняет фиг. II, 11.
На ней изображена зависимость пути, прохо-
димого подвижным контактом реле, в функ-
ции времени, считаемого от начала возникно-
вения повреждения. Полный путь до замыка-
ния контактов равен 5. Путь, соответствую-
щий максимальному инерционному выбегу, ра-
вен Su, Таким образом минимальный путь, ко-
торый должен пройти контакт за время дей-
ствия тока повреждения, чтобы контакты реле
замкнулись, равен 5-— Su. Ему соответствует
40
время t. Если через время t ток повреждения
через реле прекратится, его контакт за время
инерционного выбега 4. в пройдет путь Su в
соответствии с кривой аЪ, замедленным движе-
нием с конечной скоростью в точке Ь, равной
нулю. Если же и через время, большее t,
через реле будет иметь место ток поврежде-
ния, то его контакт, двигаясь все время с
большой скоростью, пройдет путь Su по кри-
вой ас за меньшее время tu> равное инерцион-
ной ошибке. Выдержка времени предыдущей
защиты; большая на At, чем выдержка времени
последующей защиты, устанавливается при4 на-
личии в реле токов, соответствующих режиму
короткого замыкания. Поэтому, очевидно, в
At и должно входить время tu% так как ему в
рассматриваемом режиме настройки реле и бу-
дет соответствовать путь Su. Инерционная
ошибка представляет собой время, меньшее
времени выбега, а именно, время, в течение
которого указанный выше подвижной контакт
под действием тока повреждения проходит
путь, равный инерционному выбегу Su. Время
инерционного выбега для индукционных систем
реле ке превосходит 0,2 -^,3 сек., для элек-
тромагнитных систем это время ничтожно
мало.
5. Время возврата реле в начальное поло-
жение после исчезновения причин, приведших
его в действие, должно быть минимальным.
Чем меньше будет указанное время, тем быст-
рее реле вновь окажется готовым к правиль-
ному действию.
6. Характеристики реле не должны зависеть
от температуры окружающего воздуха, так
как в. условиях эксплоатации им приходится
работать в весьма различных температурных
условиях, резко меняющихся в течение года.
При этом зимой температура окружающего
воздуха может понижаться примерно до — 30°С,
повышаясь летом до нескольких десятков гра-
дусов выше нуля. Некоторые современные
вторичные реле косвенного действия работают
достаточно четко только при температурах
примерно до—15вС. При более низких темпе-
ратурах надежность работы этих реле пони-
жается главным образом вследствие уменьше-
ния вязкости масла в демпферах и других ча-
стях, и они иногда оказываются непригодными
к установке.
7. На работу реле как можно меньше долж-
на влиять форма кривой тока, которая при
повреждениях может претерпевать изменения,
и притом не всегда одинаковые во всех частях,
защищаемой системы.
8. Реле должны быть термически устойчивы,
т. е. должны без остаточных повреждений
выдерживать в течение необходимого времени
максимально возможный ток короткого замы-
кания.
Термическую устойчивость обмоток реле
принято характеризовать максимальным значе-
нием тока постоянной величин .» /lf который
они могут выдержать в течение 1 сек
Максимальный ток lt> который может вы-
держивать реле в течение времени t9 предпо-
лагая отсутствие теплоотдачи в окружающую
среду, определяется из выражения
Л =
VF
(И,7)
Таким образом направление силы притяже-
ния не зависит от направления индукции, а
следовательно, и от направления тока. Поэтому
электромагнитные системы применяются как
для постоянного, так и для переменного токов.
Термическая устойчивость современных ре-
ле тока колеблется в пределам от 50 до 500А
в зависимости от их чувствительности и типа.
Термическая устойчивость реле кроме одно-
секундного тока 1г характеризуется также ве-
личиной максимального длительно допустимого
тока.
9. Обмотки и подвижные части реле долж-
ны быть динамически устойчивы по отношению
к токам короткого замыкания.
10. Мощность, потребляемая токовыми об-
мотками реле, должна быть минимальной, в
особенности если они являются вторичными
и присоединяются, следовательно, к измери-
тельным трансформаторам тока. При значи-
тельной мощности, потребляемой реле, транс-
форматоры тока могут работать со значитель-
ными ошибками, отражающимися > на величи-
нах вторичных токов, а следовательно, и на
выдержках времени защит, имеющих ограни-
ченно-зависимые характеристики.
Мощность, потребляемая обмотками реле
тока, измеряется в вольтамперах с указанием
соответствующего coscp и колеблется в до-
вольно широких пределах в зависимости от
типа реле и ряда других факторов. Для вто-
ричных реле косвенного действия потребление
мощности, отнесенное к их ip.mmm при со-
противлении токовой обмотки реле Zp состав-
ляют Величину Рр.тт\п* ^р^ 0,1 — 10 VA.
И. Реле всегла должны быть готовы к
действию, хотя работать им приходится иногда
через промежутки времени, имеряемые годами.
Для обеспечения этого должен быть органи-
зован соответствующий уход за реле и исправ-
ность их необходимо периодически проверять.
5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ПРИНЦИПА ДЛЯ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
Электромагнитными называются систе-
мы, в которых магнитное поле, создаваемое не-
подвижным соленоидом или электромагнитом,
воздействует на подвижный стальной якорь.
Сила притяжения F якоря электромагнитом
по формуле Максвелла пропорциональна квад-
рату магнитной индукции В:
F=KX-B\ (11,8)
Фиг. 11,12. Клапанный тип электромагнитной система
Фиг. 11,13. Тип электромагнитной системы с поворотным
якорем.^
а — нормальный; б — с якорем в виде изогнутой стальной пластинки,
Фиг. 11,14. Соленоидный
тип электромагнитной
системы.
Фиг. 11,15. Броневой'
тип электромагнит-
ной системы.
Для построения реле в настоящее врем*?
используются четыре основных типа электро-
магнитных систем: 1) клащанный (фиг. 11,12);
2) с поворотным якорем (фиг. II, 13); 3) солено-
идный (фиг. 11,14); 4) броневой (фиг. 11,15).
Основные свойства электромагнитных си-
стем рассмотрены на примере реле клапанного,
типа.
41
Теж клапанного типа. Предполагаем, что
твсе магнитное сопротивление магнитопровода
системы сосредоточено в воздушном зазоре,
имеющем при нормальной работе длину /.
Сила притяжения якоря F в зависимости
от величины его хода 1и измеряемого от началь-
ного положения на основании (II, 8), принимая
во внимание, что магнитная индукция В прямо
пропорциональна току i в обмотке электро-
магнита и обратно пропорциональна сопротив-
лению воздушного зазора или его длине / — 1и
выразится соотношением:
F = k,
e-'i)2
(11,9)
Фиг. 11,16. Зависимость силы при-
тяжения якоря и силы противо-
действующей пружины от хода
якоря.
Фиг. 11,17. Зависимость тока воз-
врата электромагнитных систем
от гистерезиса.
Якорь обычно снабжается противодейст-
вующей пружиной 2, стремящейся удержать
его в начальном положении; для этого пружине
придается путем растяжения на длину /0 неко-
торое начальное натяжение Fnp,Ha4.
Сила обыкновенной пружины в пределах тех
растяжений, которые ей придают в конструк-
циях реле, может быть принята пропорциональ-
ной величине растяжения. Поэтому при ходе
якоря 1г
Fnp^h Vo + ld=FnP. на, + Vl. (П,Ю)
Для выяснения условий работы реле клапан-
ного типа на фиг. 11,16 в прямоугольной си-
стеме осей координат построены зависимости
F (II, 9) и Fnp (И, 10) в функции хода якоря 1Х
от начального положения, обозначенного на
оси абсцисс точкой Н до конечного положе-
ния, соответствующего точке /С При постоян-
ной величине i в обмотке электромагнита F
изменяется по закону кривой третьего поряд-
ка, a Fnp — по прямолинейному закону.
42
Для обеспечения действия реле необходимо,
чтобы на всем пути якоря от Н до К сила
притяжения якоря F' была больше силы противо-
действующего устройства Fnp (считая условно
плечи сил, определяющие вращающие моменты,
одинаковыми):
F>Fnr (И, И)
Минимальная величина i в обмотке, при
которой соблюдается условие (II, 11), называет-
ся током трогания реле ip%m. На фиг.
11,16 ему соответствует кривая 1.
Для возвращения реле в начальное поло-
жение необходимо уменьшить силу притяже-
ния F" до такой величины, чтобы на всем
пути якоря от К до Н она была
меньше силы противодействующего
устройства Fnp:
F'<Fnp. (11,12)
Максимальная величина /, при ко-
торой соблюдается условие (11,12),
называется током возврата ^,в
и на фиг. 11,16 ему соответствует
кривая 2.
Ординаты кривых сил притяжения
F и F", соответствующие определен-
ному значению хода якоря, согласно
(11,9) пропорциональны квадратам то-
ков в обмотке реле,- т. е. квадрату
тока трогания и возврата. Как вид-
но из диаграммы, в рассматриваемой
конструкции величина ip.m должна
значительно превосходить ip. в, т. е.
ke =-^ будет относительно мал.
1р.т
Это является существенным недо-
статком данной конструкции
Как.следует из фиг. 11,16, величина ke за-
висит от закона изменения Fnp при растяжении
пружины. Поэтому, выполняя противодейству-
йте устройство так, чтобы Fnp изменялась при
работе реле подобно F, можно улучшить кв
реле.
С целью улучшения ke клапанные реле вы-
полняют так, чтобы якорь при действии реле
не мог прикоснуться к полюсному наконечнику,
что достигается установкой специальных упор-
ных штифтов или прокладок из немагнитного
материала.
На работу электромагнитных реле, питаемых
постоянным и переменным током, оказывает
влияние гистерезис.
Предположим, что сердечник электромаг-
нита постоянного тока не обладал остаточным
магнетизмом, т. е. при токе, равном нулю, не
имел магнитной индукции В. Тогда при увели-
чении тока от нуля до ^Шах, большего чем
ip.m, индукция окажется возрастающей по кри-
вой В7 (фиг. 11,17) до значения BmSLX, большего,
чем индукция трогания Вр, т.
Для возвращения якоря реле в исходное
положение индукция должна уменьшиться до
значения Вр.в9 для чего ток в обмотке реле
должен снизиться от значения ip max до величины
ip. в.
Если бы магнитопровод не обладал гисте-
резисом, то при уменьшении тока В снижалась
бы по той же кривой В' и для идеального реле,
имеющего Вр.т =Вр.в, ip. в оказался бы равным
гР. т . При наличии гистерезиса В снижается по
кривой В"у имеющей несколько большие орди-
наты. В этом случае Вр.в соответствует ip.e>
меньшему, чем ip. m .
В связи с этим и ke, прямо пропорциональ-
ный ip,в, за счет гистерезиса понижается.
На ke оказывают также влияние трение в
подвижных частях реле (например, в подшип-
никах якоря фиг. II, 12) и необходимость соз-
дания достаточных нажатий в контактных систе-
мах для обеспечения их надежной работы.
При действии реле силы трения препят-
ствуют движению якоря в сторону замыкания
контактов и возвращению его в начальное поло-
жение. Поэтому с возрастанием трения увели-
чивается ip, m и уменьшается ip,e, т. е. умень-
шается ke.
Влияние увеличения нажатия на контакты
реле сказывается на ke таким же образом. Для
обеспечения требуемого нажатия при ip,m раз-
ность действующего и противодействующего
моментов при движении якоря должна увели-
чиваться. Для отхода якоря ток необходимо со-
ответственно понижать, причем вначале умень-
шается только величина нажатия, контакты же
реле, хотя и с меньшей надежностью, будут
продолжать держать цепь замкнутой. В резуль-
тате повышения нажатия ke ухудшается.
Как было указано выше, электромагнитные
системы (в частности клапанные) могут рабо-
тать на переменном и на постоянном токе. Одна-
ко их действие на переменном токе характе-
ризуется некоторыми специфическими особен-
ностями, рассмотренными ниже. ь
Мгновенное значение силы притяжения f
якоря электромагнитом согласие (11,9), прини-
мая во внимание изменение i по синусоидаль-
ному закону, имеет выражение
/=^%?^ = 0>5^!^-(1- cos 2(00- (ИДЗ)
Таким образом величина / пульсирует с
удвоенной частотой переменного тока ш^ изменя-
ясь от нуля до максимального значения, равного
2 т • В соответствии с ней может коле-
баться и якорь системы, давая пульсирующее
усилие на контакты, что ведет к их обгоранию
и вибрации конструкции.
Для получения более постоянной по вели-
чине силы притяжения создают, например, два
магнитных потока, сдвинутых пространственно
и по фазе. Для этого расщепляют полюс элек-
тромагнита на две части (фиг. II, 18) и насажи-
вают на одну из них короткозамкнутый виток,
выполняемый обычно в виде медного кольца.
Фиг. 11,18. Клапанный тип электромагнитной ^системы с
короткозамкнутым витком.
Фиг. 11,19. Векторная диаграмма для электромагнитной
системы с короткозамкнутым витком.
Для определения соотношений между ре-
зультирующими потоками Фа и Фд, выходя-
щими соответственно из экранированной (вит-
ком) и неэкранированной частей полюса элек-
трбмагнита, строим векторную диаграмму, при-
нимая за исходный вектор Фа (фиг. II, Щ. щ
ФА наводит в кольце э. д, с. Ек , которая
при принятом для нее положительном направ-
лении, определенном по правилу штопора, от-
стает от Фа по.фазе на угол в 90°. Электро-
движущая сила Ек обусловливает в кольце ток 1Ку
который при принятом для него положи-
тельном направлении, совпадающем с э. д. с,
отстает от последней на небольшой угол *Р*.
Величина угла Чк определяется соотношением
43
между реактивным сопротивлением рассеяния
кольца хк и его активным сопротивлением гк\
¥,-arcte£.. (П.14)
Угол WK имеет небольшую величину, так как
хк витка относительно мало.
Ток в кольце 1К обусловливает поток Фк, ко-
торый при принятом для него положительном
направлении, определенном по правилу што-
пора, отстает от тока на небольшой угол у>
определяемый потерями на гистерезис и токи
Фуко в магнитопроводе (для упрощения принят
равным нулю).
Фиг. 11,20. Зависимость мгновенных сил притяжения от
времени системы клапанного типа с короткозамкнутым
витком.
Поток кольца Фк является частью резуль-
тирующего потока Фл, выходящего из экра-
нированной час^и полюса. Поэтому, вычитая
из потока Фд поток ФКу получим тот поток
Фд, который выходил бы из данной части по-
люса при отсутствии на ней кольца. Очевидно*
что этот поток пропорционален потоку Фв>
выходящему из неэкранированной части полю-
са, и совпадает примерно с ним по фазе (прене-
брегая частью потока кольца, замыкающейся
через неэкранированный конец полюса).
Из диаграммы следует, что насадка на часть
полюса электромагнита короткозамкнутого
витка дает возможность получить два потока
Ф'а и Фв, сдвинутых пространственно и на угол
<р по фазе.
Мгновенная сила притяжения }рез состоит
для рассматриваемого случая из двух слагаемых
/а и/в,обусловленных соответственно потоками
Фл и Фв; принимая во внимание (И, 8)
tpea =fA +Тв=к4Ф*А Sin2©* +
+£5 Ф2в sin2 К+Ч>). (11,15)
44
Из (11,15) и фиг. 11,20, представляющей гра-
фическую зависимость сил /л, /в и fpe3 от вре-
мени t, следует, что при углах <р, близких к
90°, и примерном равенстве потоков Фл и Фв
результирующая сила/рез по времени изменяет"
ся незначительно. Это и требуется для надеж*
ной работы конструкции на переменном токе-
Реле с поворотным якорем, соленоидные
и броневые. Электромагнитные системы с по-
воротным якорем (фиг. II, 13а и б) дают возмож-
ность использовать значительно большие углы
поворота якоря по сравнению с клапанным ти-
пом при тех же ke за счет более равномерно-
го убеличения силы притяжения при уменьше-
нии воздушного зазора и получающегося при
этом большего соответствия ее силе противо-
действующего устройства
Особо хороших результатов добились при
выполнении якоря в виде зетобразного изогну-
того стального листа, насыщающегося уже при
небольших значениях токов в обмотке электро-
магнита (фиг. 11,136). Указанный тип реле
обладает также малым собственным потребле-
нием мощности (порядка 0,1 VA) и за счет
быстрого насыщения системы высокой механи-
ческой устойчивостью по отношению к токам
короткого замыкания. Поэтому он широко при-
меняется для осуществления реле максималь-
ного тока.
Соленоидный тип системы (фиг. II, 14) харак-
теризуется в определенном диапазоне хода
якоря сравнительно небольшим изменением си-
лы притяжения за счет отсутствия замкнутого
стального магнитопровода. Однако потребляе-
мая системой мощность, необходимая для
создания соответствующей силы притяжения,
в виду отсутствия замкнутого магнитопро-
вода весьма значительна. Поэтому соленоид-
ный тип электромагнитных систем применяется
только для вспомогательных реле (например,
реле времени), работающих от специальных ис-
точников оперативного тока установки.
Броневой тип системы (фиг. II, 1Б) характе-
ризуется сильным изменением силы притяжения
в зависимости от хода якоря и поэтому имеет,
как и клапанный тип, относительно плохой ke.
Регулирование ip.m электромагнитных реле
тока. Реле максимального тока должны выпол-
няться так, чтобы их ip.m можно было в опре-
деленных пределах регулировать, устанавливая
его в соответствии с величиной максимального
тока нагрузки (см. 11,4). •
Применяются следующие основные способы
регулирования:
1) изменением числа витков об-
мотки электромагнита; сила притяже-
ния якоря электромагнитом при отсутствии
насыщения последнего пропорциональна квад-
рату числа ампервитков его обмотки (II, 8), ,
так как индукция пропорциональна ампервит-
кам; поэтому, например, для уменьшения ip.m
в п раз следует число витков обмотки увели-
чить тоже в п раз, чтобы сила притяжения,
необходимая для работы конструкции, осталась
неизменной;
2) изменением начальной силы на-
тяжения противодействующего устройства;
3) изменением начальной величи-
ны воздушного зазора; сила притяжения
якоря электромагнитом примерно обратно про-
порциональна квадрату длины воздушного зазора
(11,9), поэтому, например, для уменьшения гр.т
следует соответственно уменьшить длину воз-
душного зазора, чтобы сила притяжения, необ-
ходимая для работы конструкции, осталась
неизменной.
Рассмотренный электромагнитный принцип
дает возможность осуществлять реле, доста-
точно простые и надежные по своему конструк-
тивному выполнению, работающие на постоян-
ном и переменном токе.
Эти реле при выборе надлежащей для них
конструкции могут обеспечить хороший ke ,
необходимую точность, близкие к нулю инер-
ционные ошибки, быстрый возврат в началь-
ное положение после действия, практически
полную независимость характеристик от формы
кривой тока и окружающей температуры и
небольшую потребляемую мощность.
Реле по принципу работы являются мгно-
веннодействующими. Поэтому для получения
выдержек времени в большинстве случаев
применяют комбинированные устройства, в кото-
рых мгновенное пусковое реле тока электри-
чески сочетается со вторым вспомогательным
электромагнитным реле, снабженным часовым
механизмом или другим устройством, создающим
необходимую выдержку времени (фиг. 11,21).
Последнее называется реле времени.
По указанным причинам элекромагнитный
принцип широко применяется для осуществле-
ния реле максимального тока мгновенного
действия, реле времени, работающих на постоян-
ном оперативном токе, и ряда других реле.
6. РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
ТИПА ЭТ-60 ЗАВОДА ХЭМЗ
Схематический вид реле показан на фиг. И, 22.
Реле основано на электромагнитном прин-
ципе и выполнено с поворотным якорем. Маг-
нитная система реле состоит из сердечника </,
набранного из листовой стали, между полю-
сами которого помещен легкий Z-образный
стальной якорь 2. Обмотка реле разбита на
две части с выведенными наружу концами,
расположенными соответственно на верхнем и
нижнем полюсах магнитной системы. На оси
якоря укреплены: противодействующая пружи-
на 3, контактный мостик 4, изолированный на
оси, и поршень демпфера 9. Неподвижные
контакты, замыкаемые мостиком 4, выполнены
в виде двух металлических дугообразных пру-
жин 5 и 6. Демпфер 9 представляет собой
стеклянную изогнутую трубку, наполненную
костяным маслом, внутри которой перемещается
поршень. Демпфер служит для устранения ви-
брации контактов при срабатывании реле. Же-
лезо якоря насыщается уже при сравнительно
небольших значениях токов. Это ограничивает
Яаоткл
От источника
олерат тока
От тр-рй
/пока
Фиг. И, 21. Создание независимой характеристики посред-
ством мгновенного электромагнитного реле тока я, дей
ствующего на вспомогательное электромагнитное реле
времени б посредством подачи на него напряжения от
источника оперативного тока.
Фиг. 11,22. Схематический вид реле
максимального тока
типа ЭТ-60 ХЭМЗ.
механические усилия, действующие на подвиж-
ную систему реле, предохраняя его от разре-
гулировки и механических повреждений.
При достижении током в обмотке реле
величины, равной или большей ip.m , сила, при-
тягивающая якорь к полюсам, преодолевает
сопротивление пружины и трение, якорь пово-
рачивается и замыкает контакты реле. Для огра-
ничения хода якоря служит ограничитель 10.
45
При уменьшении тока до величины, равной или
меньшей ip.ef сила пружины преодолевает силу
притяжения и трение и якорь реле возвра-
щается в исходное положение.
Регулирование ip.m (в два раза) производит-
ся изменением начального натяжения пружины 3,
осуществляемого рычажком указателя 7,
в соответствии со шкалой 8, отградуированной
в амперах ip.m. Переключая две половины об-
мотки с последовательного соединения на па-
раллельное, можно увеличить ip,m еще в два
раза. В результате ip.m можно регулировать в
пределах отношения 1:4, т. е.
"р. т max
■4.
"р.ттт
Реле выполняются с замыкающим контактом
(тип ЭТ-61), размыкающим контактом (тип ЭТ-62)
и переключающимся контактом (тип ЭТ-63).
Наиболее чувствительные реле имеют ip.mmin~
= 0,05А; ip. щ шах = 100 — 200 А.
Основными достоинствами реле являются:
1) очень малая потребляемая мощность,
порядка 0,1 VA;
2) хороший ke, порядка 0,85; при тщатель-
ном регулировании может быть повышен до
0,9 и даже несколько больше;
3) небольшое собственное время действия,
составляющее для замыкающих контактов при
токе, равном 2ip.m, величину 0,02 — 0,03 сек.
Основным недостатком реле является недо-
статочно надежно работающая при токах, близ-
ких к ip.m, контактная система. Она также
имеет небольшую мощность (ток замыкания
5 А при напряжении, не большем 220 V, мощ-
ность размыкания при постоянном токе 50 W),
что в ряде случаев обусловливает необходи-
мость установки специальных выходных про-
межуточных реле для действия на отключающие
катушки выключателей.
7. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ ХЭМЗ
Реле времени типа ЭВ-180 ХЭМЗ. Схемати-
ческий вид реле показан на фиг. 11,23. Реле
основано на электромагнитном принципе. При
подаче напряжения от источника постоянного
тока на обмотку 7 втягивается якорь, преодо-
левая действие пружины 2, и посредством зуб-
чатой передачи поворачивает колесо с укреп-
ленным на нем поводком 3. Этот поводок
заводит пружину 4 часового механизма. Часовой
механизм состоит из шестеренок, маятника 5,
колебания которого замедляют, регулируют
работу механизма, и храповика 6.
Реле имеет три контакта: один — так назы-
ваемый мгновенный, второй „скользящий" и
третий с упором На оси часового механизма
имеется изоляционная втулка с кулачком 8 и
укрепленными на ней пружинящими контакта-
ми 11. При работе реле кулачок 8отходит вправо,
46
давая возможность замкнуться мгновенным кон-
тактам 9— 70, осуществляющим выдержку вре-
мени порядка 0,1 сек. При дальнейшей работе
механизма подвижной контакт 11 замыкается
со штифтом 12, представляющим собой сколь-
зящий контакт, находящийся в замкнутом состо-
янии около 0,3 — 0,4 сек. Продолжая работать,
реле размыкает скользящий контакт и замыкает
третий контакт (штифт В), имеющий упор,^ огра-
ничивающий ход подвижного контакта 1L
Сопротивлениеиконденсатордляуменьшения иснообразоВания
VT_ fi^ на контактах пускового реле
Фиг. 11,23. Схематический вид реле времени типа ЭВ-180
ХЭМЗ.
При прекращении тока в обхмотке / реле
якорь возвращается под действием пружины 2
в исходное положение. При этом все контакты
быстро размыкаются, так как ось часового
механизма с укрепленными на ней кулачком 8
и подвижным контактом /7 при помощи по-
водков 3 и 7 также занимает исходное поло-
жение. Быстрый возврат оси часового механизма
оказывается возможным благодаря храповику 6,
отсоединяющему ее при обратном ходе от ме-
ханизма с маятником 5. Положительный за-
жим ( + ) источника оперативного тока соеди-
няется с подвижным контактом через токо-
подвод 14. Обмотка реле 1 шунтирована
конденсатором, соединенным последовательно
с активным сопротивлением. Это облегчает
работу контактов реле, подающих напряжение
на обмотку / реле времени, уменьшая на них
искрообразование.
Мгновенный контакт регулирования выдер-
жки времени не имеет.
Регулирование выдержки времени второго
и третьего контактов осуществляется переме-
щением штифтов 12 и 13 по шкале 15. Полу-
чающиеся пределы регулирования 0,25 — 4 сек.
(реле типов ЭВ-181 и ЭВ-186) или 0,5—10 сек.
(типы ЭВ-182 и ЭВ-187). Реле типов ЭВ-181 и
ЭВ-182 мгновенных контактов не имеют. Реле
На сигнал о
перегрузке
Мощность, потребляемая реле типа ЭВ-180,
составляет 40 W, номинальные напряжения — 24,
48, 110 и 220 V. Изготовляется также модифи-
кация этого реле для переменного оперативного
тока (тип ЭВ-200).
Ошибки во времени срабатывания значи-
тельны и доходят до 0,15 сек.
К недостаткам реле относятся также не-
достаточно тщательное изготовление и сборка
отдельных частей, что при слабой пружине
приводит в некоторых случаях к застреванию
подвижных частей.
Промежуточные реле. Промежуточные реле
служат для облегчения работы контактов дру-
гих реле схемы защиты (например, максималь-
ных токовых реле времени). Однако кроме
этого они выполняют в схемах защиты ряд>
других функций: разделение цепей отключения,
цепей оперативного тока и цепей напряжения
от измерительных трансформаторов в сложных
От источника
оперативного
тока о^^
6 0
Qmmp-ра тока
Фиг. 11,24. Сяема включения реле времени типа ЭВ-184,
выдерживающего длительное включение под напряжение.
времени типов 181 и 182 имеют большую
мощность контактов (ток замыкания 10 А) и
могут поэтому действовать непосредственно
на отключающие катушки выключателей. Реле
времени типов 186 и 187 имеют незначительную
мощность контактов и поэтому должны действо-
вать на отключение через специальные вспомо-
гательные промежуточные реле. Промежуточ-
ное реле необходимо также для фиксирования
действия скользящего контакта реле времени,
имеющего кратковременное замыкание.
Обмотка реле не рассчитана на длительные
токи. Поэтому для схем, в которых возможны
длительные токи через реле времени (например,
сигнализация перегрузок, защита минимального
напряжения), выпускается модификация реле
типа ЭВ-184. Схема включения этого реле
показана на фиг. 11,24. Его обмотка также
рассчитана на кратковременный ток, однако
при действии реле последовательно с ней
включается посредством мгновенного контакта,
выполненного размыкающим, добавочное сопро-
тивление /, снижающее ток до допустимой
величины. Величина добавочного сопротивления
подбирается так, чтобы сниженный ток с учетом
ke реле был все же достаточен для удержания
якоря в сработавшем положении.
Нонтантная
сиаггема
Фиг. 11,25. Промежуточное реле ХЭМЗ.
т—типа ЭП-231; б — условное изображение промежуточного реле на
примере ЭП-231; в — типа ЭП-240; г — типа РП.
/—•магнитная система; 2 —обмотка; 3 — якорь; 4 — подвижные кон-
такты; 5— неподвижные контакты; 6 — ток о подвод; 7—пружина;
8 — регулировочное устройство; 9 — короткозжмкнутый вигок.
схемах защит и т.д. Поэтому эти реле обычно
выполняются с несколькими парами контактов
и действуют без выдержки времени. ХЭМЗ
выпускает несколько типов • промежуточных
47
реле, основанных на электромагнитном принципе
^фиг. II, 25 а, б. в, г).
Реле ЭП-231 (фиг. II, 25а) имеет четыре
пары переключающих контактов (фиг/ II, 256)
с большой мощностью на замыкание (2200VA)
и небольшой на размыкание (70 W на постоян-
ном токе). Собственное время действия 0,03 —
О,08 сек. на замыкание и 0,02 — 0,04 сек. на
размыкание. Обмотка реле рассчитана на дли-
тельное включение постоянного тока. Это —
очень надежное реле, однако, весьма громозд-
кое, дорогое и обладающее для некоторых
схем излишне большим временем срабатывания.
Реле ЗП-240 (фиг. Н,25в) имеют одну пару
контактов, при помощи которых можно воз-
действовать на одну или две цепи, имеющие
одну общую точку. Мощность замыкания кон-
таков 1000VA, размыкания 70W на постоянном
токе. Собственное время действия около
О,04 сек. на замыкание и 0,02 сек. на размыка-
ние. Реле строятся для постоянного и перемен-
ного тока. Обмотка рассчитана на кратковремен-
ное включение тока.
Реле РП (фиг И,25г) имеет две пары но-
рмально разомкнутых контактов и одну или
две нормально замкнутых. Максимальный ток
замыкания 15А. Обмотка реле рассчитана на
длительные токи. Собственное время действия
порядка 0,05 сек. Реле — компактное, дешевое,
однако его нормально замкнутые контакты яв-
ляются недостаточно надежными.
Кроме перечисленных типов ХЭМЗ в по-
следнеевремя выпускает кодовые реле типа
ЭП-400. Отличительными особенностями реле
являются: большое количество контактов и
малые габариты, однако мощность контактов
этих реле небольшая, и они не пригодны для
действия на отключающие катушки выключа-
телей.
8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ПРИНЦИПА
ДЛЯ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
Индукционными называются системы,
работающие на принципе взаимодействия меж-
ду переменными магнитными потоками и тока-
ми, индуктированными ими в подвижной части
системы.
Поэтому индукционные системы могут при-
меняться только для переменного тока.
Для создания МвРу индукционная система
должна иметь минимум два магнитных потока,
сдвинутых пространственно и по фазе. При этом
токи, индуктируемые указанными потоками в
подвижной части системы (диске или барабан-
чике), создают Мвр, взаимодействуя с теми из
магнитных потоков, которым они не обязаны
своим возникновением.
Индукционные системы делятся на два ос-
новных типа:
1) с вращающимся магнитным полем (систе-
48
ма Феррариса), выполняемые как асинхрон-
ные двигатели с вращающимся элементом в
виде барабана;
2) с бегущим магнитным полем и подвиж-
ным элементом в виде диска; в этой системе
максимумы потоков наступают поочередно у
расположенных рядом полюсов, в результате
чего получается поле, как бы двигающееся от
оси опережающего потока к оси отстающего
и увлекающее за собой диск подобно ротору
в асинхронном двигателе.
Положит, направление
Вращения дисНа
Фиг. 11,26. Индукционная система с короткозамкнутым
витком.
Для построения реле максимального тока
в настоящее время применяются, как правило,
системы двух основных типов с бегущим маг-
нитным полем:
1) с короткозамкнутыми витками или экра-
нами;
2) со сложным магнитопроводом.
Основные свойства индукционных систем
рассмотрены на примере реле с короткозамкну-
тым витком.
Реле с короткозамкнутым витком (фиг. II,
26). Индукционная система с короткозамкну-
тым витком имеет только один электромагнит /.
Два магнитных потока, сдвинутых по фазе и
пространственно, создаются путем расщепле-
ния полюсов электромагнита на две части, на
одну из которых насаживаются короткозамкну-
тые витки, выполняемые в виде колец 2.
Векторная диаграмма результирующих пото-
ков Фд и Фд (фиг. 11,26), выходящих соответст-
венно из экранированной и неэкранированной
части полюса, строится так же, как для элек-
тромагнитной системы клапанного типа,с ко-
роткозамкнутым витком (фиг. 11,19).
Потоки Фа и Фв обусловливают появление
в диске э. д. с. двух видов:
1) трансформаторных;
2) резания.
Значения трансформаторных э. д. с. EAg и
EBg не зависят от того, вращается диск или
неподвижен. Они обусловливают в диске
токи, служащие для создания Мер- Электродви-
жущие силы резания появляются в диске только
при его вращении. Они создают в диске токи
резания, or взаимодействия которых с вызвав-
шими хих магнитными потоками появляются
моменты, направленные всегда против направ-
ления движения диск^ и, следовательно, дей-
ствующие на него демпфирующим образом.
Электродвижущие силы Eas и EBg при при-
нятых для них положительных направлениях,
определенных по праЬилу штопора, отстают
соответственно4 от потоков Фа и Фв на угол
в 90°.
Токи в диске Ias и IBg, обусловленные э. д с.
EAg и Egg, при принятых для них положитель-
ных направлениях, одинаковых с э. д. с, от-
стают от последних на небольшой угол l¥gy
определяемый отношением реактивного сопро-
тивления диска xg к активному rg:
Ч' =arctg^arctg^. f (11,16)
Определим силы взаимодействия между по-
токами и индуктированными ими же токами в
диске и между потоками и токами, индуктиро-
ванными другими потоками.
Среднее за период значение силы взаимо-
действия Fcp между потоком Ф и любым то-
ком Ig, расположенным под полюсом на эле-
менте длины М диска, плоскость которого
перпендикулярна оси полюса, имеет выражение
Fcp = k2QIgzos/mQ,Ig. (11,17)
Угол между потоками и индуктированными
ими же токами в диске, равный, как то сле-
дует из диаграммы фиг. II, 27, 90° + 4fg9 близок
к 90°, так как угол 4*g мал. Поэтому средние
значения сил взаимодействия между потоками
и индуктированными ими токами на элементе Д/
диска также малы.
Для определения полной силы взаимодей-
ствия между потоком и полным током, наве-
денным им в диске, рассмотрим горизонталь-
ную проекцию диска фиг. II, 26 с нанесенной
на ней одной из линий тока, которые при*
нимаются имеющими форму окружностей
(фиг. II, 28). Из фиг. II, 28 следует, что каж-
дый элемент А/х линии токов имеет по другую
сторону от прямой, соединяющей след оси по-
тока с центром диска, равный и симметрично
расположенный элемент Д/2 той же линии то-
ков, для которого проекция Ig на радиус диска
имеет противоположное направление. Поэтому
силы взаимодействия Д/ каждой лары элемен-
4 Релейная защита
тов A/t" и Д/2 с потоком согласнс^правилу левой
руки будут" направлены так, что-их результи-
рующая &fpe3 пройдет через ось.диска и Жврне
создаст.
Таким образом при симметричном выпол-
нении индукционной системы взаимодействие
магнитного потока с индуктированным им же
током Мер не создает, обусловливая только соот-
ветствующие . силы действия на отдельные
элементы диска и результирующее давление
от них на ось диска.
Ц н \ Фиг' 11,27* Векторная
| Ч £_ диаграмма индукццоаной
£да '^* системы с коро ткозам»
9 кнутым витком.
Фиг. 11,28. Направления сил взаимодействия между по-
током и индуктированным им током в диске.
Для определения Mepf действующих на диск
за счет взаимодействия между потоками и то-
ками, индуктированными другими потоками;
примем за положительное — направление вра-
щения диска против часовой стрелки от оси Фв,
неэкранированной части полюса к оси Фа экра1
нированной части. *
Момент Мв, обусловленный силой взаимодей-
ствия Фв с lAgy имеет согласно правилу левой
руки отрицательное условное направление —
по часовой стрелке. Его величина согласно
(И, 17) и векторной диаграмме фиг. II, 27 равна:
Мв— — кв-Фв-Ug cos Z(®b, Ug) =
=k&BUg cos (cp + 90° + Vg) —
.- + *i*B/ji*stoC*+^). (11,18)
49
Момент Ма, обусловленный силой взаимо-
действия ФА и IBg9 имеет положительное ус-
ловное направление — против часовой стрелки.
Согласно тем же данным:
МА = + А3-Фл-/^cos / (Фл, lBg) =
= + кьФА1вё cos (90° + 4?g — <р) =
=+k^A-IBgsin(y-4>g). (11,19)
Полный Мвр системы, равный алгебраической
сумме МА и Мв, с учетом (II, 18) и (II, 19) бу-
дет
MBp^MA + MB = k^B'IAgsin^ + Wg) +
+ к3.ФА- IBg sin (cp - Ф,). (11,20)
Токи в диске пропорциональны соответст-
вующим э. д. с, которые в свою очередь
пропорциональны магнитным потокам и частоте
переменного тока <о. Поэтому (II, 20) может
быть представлено в следующем виде
Мвр=кгФв./г4-<о-ФА-$\п(<?-\- *РЯ) +
+ к,ФА• К• соф* sin(cp — Wg) =
^kr)(d^A^Bsin^Qos7¥g=k^A^3S\n^. (11,21)
На основании рассмотрения (II, 21) и фиг. И, 27
можно сделать следующие выводы:
1. Величина Мвр зависит от угла сдвига
* фаз ср между потоками Фл и Фв. Максимальное
значение Мер имеет при сдвиге в 90°, при
ср=0о Мвр отсутствует,
2. Работа индукционных систем зависит от
частоты переменного тока и от температуры
окружающего воздуха, так как согласно (II, 16)
от них зависит cos 4V, с изменением последнего
изменяется Мвр [коэфициент k4 (II, 21)].
3. Мвр всегда направлен по кратчайшему
пути от оси опережающего потока к оси
отстающего (принятое таким образом при вы-
водах условное положительное направление
дало в результате положительный момент).
Поэтому в индукционной системе с короткозам-"
кнутым витком диск всегда вне зависимости от
направления намотки обмотки вращается по
кратчайшему пути от оси неэкранированной
части полюса (опережающий поток) к оси эк-
ранированной части (отстающий поток).
к в индукционных систем в основном опре-
деляется теми же факторами, которые были
рассмотрены выше (гл. II, § 5) применительно
к электромагнитным системам. Подобно несо-
ответствию сил притяжения и противодейст-
вующих устройств, ухудшающих кв электро-
магнитных систем, в системах индукционных
имеет место несоответствие между действую-
щим на диск МвРу величина которого может не
зависеть от хода диска, и противодействующим
моментом, обычно увеличивающимся с ходом
диска. Это обстоятельство приводит также к
тому, что уже нормальные рабочие токи иногда
вызывают поворот диска на некоторой угол,
50
соответствующий равновесию действующих и
противодействующих моментов („плавание
реле"). В результате работа реле (например,
время действия) оказывается зависящей от
предварительной нагрузки защищаемой линии,
что ведет к необходимости принятия для за-
щиты больших ступеней выдержек времени.
Поэтому для улучшения кв индукционных
систем и уменьшения влияния на их работу
токов нагрузки, имевших место в защищаемом
элементе до момента возникновения поврежде-
ния, принимаются специальные меры. Так, на-
пример, для устранения „плавания" по краям
диска (фиг. II, 29) делаются в радиальном на-
НапраВление вращения дисно от
чачального полол'риияуказанное?
нарисунке
Фиг. 11,29. Прорезы в диске индукционной системы, обу-
словливающие вращающий момент системы, увеличива-
ющийся с углом поворота диска.
у
правлении прорезы. Длина этих прорезов умень-
шается, считая по направлению хода диска,
соответственно, ограничивая величины индук-
тированных в нем токов. В результате при
повороте диска одновременно с увеличением
противодействующего момента, создаваемого
пружиной, соответственно возрастает и Мвр за
счет больших индуктиррванных токов в частях
диска, имеющих меньшие длины прорезов.
Реле со сложным магнитопроводом
(фиг. 11,30). Индукционная система со сложным
магнитопроводом состоит из двух электро-
магнитов — верхнего трехстержневого 1 и ниж-
него подковообразной формы 2, между кото-
рыми укрепляется диск 3.
Основная обмотка 4 реле, питаемая током
защищаемой линии, расположена на среднем
сердечнике верхнего электромагнита. Обмот-
ка 5 нижнего электромагнита размещена на
двух его полюсах и получает питание от вто-
ричной обмотки 4'. Обмотка 4Г расположена
на том же среднем сердечнике верхнего элек-
тромагнита, что и обмотка 4, представляя сов-
местно с последней промежуточный трансфор-
матор.
Векторная диаграмма реле со сложным маг-
нитопроводом изображена на фиг. II, 31. Для
ее построения примем за исходный вектор Фл,
выходящий из среднего сердечника верхнего
электромагнита. Помимо Фд ампервитки об-
моток 4 и 4' обусловливают шунтовой поток
Фш, замыкающийся через боковые воздушные
зазоры верхнего электромагнита. Фш опере-
жает Фа на некоторый угол в, обусловленный
тем обстоятельством, что результирующая
м. д. с, создающая Фш, не включает в проти-
воположность м. д. с, создающей Фл, ампер-
витков, определяемых токами, индуктирован-
ными в диске (при построении считаем для
простоты угол 0=0).
Регулирование выдержек времени и ip%m
индукционных реле тока.
Выдержка времени индукционных реле мак-
симального тока создается, как правило, за
счет соответствующего хода диска. При отсут-
ствии насыщения в магнитопроводах потоки Фа
и Фв, создающие Мвр, примерно пропорциональ-
ны току в основной обмотке реле. В резуль-
тате Мер оказывается пропорциональным квад-
рату тока и характеристика выдержки време-
ни имеет зависимый характер. Для получения
ограниченно-зависимых характеристик исполь-
зуют насыщение магнитопроводов при опре-
деленных значениях токов.
Фл
Фи
>Фп
Фиг. 11,30. Индукционная система со
сложным магнитопроводом, действую-
щая от одной электрической величины—
тока.
Фиг. 11,3?ГВекторная диаграмма для индукционной системы со слож-
ным магнитопроводом.
В результате суммарный Фг в среднем сер-
дечнике верхнего^электромагнита равен
Фс==фл + Фш. (11,22)
Фс наводит во вторичной обмотке 4' э. д. с. Е,
которая при принятом для нее положительном
направлении, обозначенном стрелками на вит-
ках обмотки и определенном по правилу што-
пора, Отстает от потока на угол 90°.
Ток /, создаваемый э. д. с. Е в контуре,
состоящем из обмоток 4 к 5, при принятом
для него положительном/ направлении, совпа-
дающем с э. д. с, отстает от последней на
некоторый угол *Р, определяемый соотноше-
нием между реактивным и активным сопротив-
лениями цепи.
Магнитный поток нижнего сердечника Фв,
обусловленный током /, отстает от последнего
на угол ?, определяемый потерями на гисте-
резис и токи Фуко в магнитопроводе. Поток Фв,
замыкающийся через воздушный зазор, в ко-
тором расположен диск, дважды его пересекает
в разных направлениях.
В результате диск пересекается как бы дву-
мя потоками Фл и Фя, которые сдвинуты друг
относительно друга пространственно и по фазе,
создавая согласно (11,21) Мв/,=&-Фл-Фя-81пср.
4*
Регулирование выдержек времени, необхо-
димое при подборе характеристик, обеспечи-
вающих селективную работу защиты в сети,
осуществляется обычно изменением угла пово-
рота диска\до момента срабатывания реле.
Для регулирования ip.m используются сле-
дующие основные способы:
1) регулирование изменением числа витков
основной обмотки электромагнита; так, напри-
мер, для увеличения ip.m в п раз число витков
обмотки понижается соответственно в п раз,
чтобы получить неизменные ампервитки, соз-
дающие Мвр необходимой величины;
2) регулирование изменением величины на-
чального противодействующего момента;
3) регулирование поворотом короткозамк-
нутого витка относительно оси полюса элек-
тромагнита; Мвр системы равен (фиг. 11,32)
произведению Fpe3f действующей на диск, на
плечо ее / относительно оси диска:
Af 5, —/>„•/. ^ (Н,23)
Fpe3 всегда направлена под полюсом в сто-
рону витка, считая по кратчайшему пути от
неэкранированной части полюса к экранирован-
ной. Поэтому плечо силы, выраженное через
его максимальное значение /max и угол поворота
витка а,
I — /max'COS а, (И, 24)
51
и согласно (II, 23) и (11,24)
Мер = Ррез' /шах • COS К=Мвр шах • COS 0L„ (II, 25)
Изменяя указанным образом величину Мер,
мы соответственно изменяем минимальный ток,
необходимый для работы реле, т. е. 1р.т.
На практике для регулирования ip.m прей-
мущестреиным распространением пользуется
первый способ. Недостатком его является сту-
пенчатость получаемой регулировки. Другие
способы, хотя и обеспечивают плавность регу-
лирования, по обладают тем существенным не*
ного в нем используется также электромагнит-
ное устройство.
Индукционное реле имеет магнитную систе-
му/с короткозамкнутыми витками 2. Алюми-
ниевый диск 3 насажен на ось, укрепленную
в раме 4, имеющей неподвижную ось враще-
ния. Под действием рабочего тока, если по-
следний превосходит 20 — 30% ip.m, тек вра*
щается. Однако реле при этом не работает,
так как рама 4 оттянута пружиной 5 в крайнее
положение и червяк 7 на оси диска не сцеплен
с зубчатым сектором &
На вращающийся по часовой стрелке диск-
Фиг. 11,31;. Регулировка тока трогания реле с
коротко замкнутым витком путем поворота по-
следнего относительно оси электромагнита.
достатком, что с изменением уставки
ip.m У них меняется характеристика
выдержки времени. Объясняется это
тем, что при регулировании ip,m из-
меняются ампервитки обмоток, что
вызывает изменение скорости диска
при. одних и тех же кратностях токов.
Индукционный принцип дает воз-
можность осуществить весьма необ-
ходимые реле максимального тока с
ограниченно зависимыми характери-
стиками.
При выборе надлежащих конструкций они
могут обеспечить хороший ke, а также при
.принятии специальных мер (см. гл. II, § 9) до-
статочную точность, малые инерционные ошиб-
ки и независимость характеристик от пред-
шествующей нагрузки, а также быстрое воз-
вращение в начальное положение после дейст-
вия. Для этого, однако, реле выполняются ком-
бинированными с использованием электромаг-
нитных устройств.
9. РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА ТИПА ИТ-80 ХЭМЗ
Схематический вид реле приведен на фиг. II, 33.
Р^ле выполнено на индукционном принципе и
имеет ограниченно-зависимую характеристику
выдержки времени. В качестве вспомогатель-
52
Фиг. 11,33. Схематический вид реле
.максимального тока типа ИТ-80
ХЭМЗ.
Фиг. 11,34. Силы, дей-
ствующие на диск
реле фиг, II, 33
действуют силы ft и/2(фиг, 11,34)./! создается
магнитной системой 7,/2 — постоянным магни-
том б, противодействующим движению диска.
При увеличении тока в обмотке реле /j воз-
растает и увеличивается угловая скорость
диска. Вследствие этого возрастает и Т2»
При ip < ip. m равнодействующая f1 и /2 пре-
одолевает натяжение пружины 5, поворачивает
раму 4 с укрепленной на ней осью с диском
и производит сцепление червяка 7 с зубчатым
сегментом 8. Сегмент 8 начинает подниматься,
и по прошествии определенного времени укреп-
ленная на его конце пластинка упирается в
левую часть коромысла 10 и начинает его под-
нимать. При этом воздушный зазор с правой
Стороны коромысла уменьшается, оно быстро
притягивается к магнитопроводу 7 и замыкает
контакты 12—13 реле. Для предотвращения
расцепления червячной передачи во время дей-
ствия реле за счет уменьшения скорости диска,
начавшего поднимать сегмент, служит желез-
ная скоба 9. На эту скобу действует магнит-
ный поток рассеяния основной системы, при-
тягивая ее, и сообщает раме 4 дополнитель-
ное усилие.
Коромысло 10 совместно с электромагни-
том 1 представляет по существу электромаг-
нитное реле клапанного типа 11. Оно может
быть использовано для осуществления мгновен-
ного действия реле, начиная с определенных
кратностей тока. На конце якоря этого реле,
работающего на переменном токе, имеется
короткозамкнутый виток, уменьшающий „гуде-
ние" конструкции.
Регулирование выдержки времени индук-
ционного реле производится посредством уст-
ройства 14, перемещающего упор, определяю-
щий начальное положение сегмента 8. Пределы
регулирования выдержки времени в независи-
мой части характеристики — от 0,5 до 3,5 сек.
(тип ИТ-81) или до 14 сек. (тип ИТ-82).
Регулирование ip.m индукционного реле осу-
ществляется изменением числа витков его об-
мотки посредством штепсельного устройства 15
без разрыва вторичных обмоток трансформа-
торов тока. Пределы регулирования —от 2 до
5 А для первого варианта и от 4 до 10 А для
второго.
Регулирование ip. m мгновенного электромаг-
нитного реле осуществляется изменением ве-
личины воздушного зазора между правой частью
коромысла 10 и электромагнитом посредством
регулировочного винта 16. Регулирование ip. m
производился в пределах примерно двух—пят-
надцатикратной величины по отношению к ip,m
индукционного реле. Возможны и несколько
большие уставки, однако при этом реле рабо-
тает недостаточно устойчиво, со значительными
погрешностями в ip.w Необходимо отметить,
что абсолютная величина ip.m электромагнит-
ного реле - определяется, конечно, и числом
витков обмотки электромагнита 1.
Реле кмеет механически действующий ука-
затель срабатывания, возвращаемый в исходное
положение от руки.
Харак 1 еристики реле ИТ-81 даны на фиг. И, 35.
Реле типа ИТ-80 является одним из лучши^
индукционных реле, существующих в настоя-
щее время. Его основными принципиальными
достоинствами являются следующие:
1) регулирование ip.m посредством измене-
ния числа витков обмотки не изменяет формы
кривой характеристики времени;
2) выдержка времени не зависит от тока
предварительной нагрузки благодаря сцеплению
червячной передачи только при токах, равных
или больших /п.
3) реле имеет малое время инерционной
ошибки и возврата за счет мгновенного рас-
цепления червячной передачи при снижении
тока до величины, равной или меньшей ip. в\
4) вращение диска при нормальной работе
дает возможность контролировать исправное
состояние реле;
5) наличие дополнительного мгновенного
электромагнитного реле позволяет в ряде слу-
чаев осуществлять вспомогательное мгновен-
ное действие защиты при больших токах пов-
реждениям
ш
11
U-
гГГ
ч
гг
И/ JL.ftiUt1UUnu. l/.xJ ЬСЪ
* s w is га
Нратность тока трогания
Фиг. 11,35. Характеристики реле типа ИТ-81.
Необходимо также отметить, что реле
имеет удовлетворительные ke(~0,85) и точ-
ность действия.
10. РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО*ТОКА ТИПА КАМ
ЗАВОДА „ЭЛЕКТРОАППАРАТ"
Схематический вид реле дан на фиг. 11,36 и
11,37. Это — вторичное р^ле прямого действия,
встраиваемое непосредственно в коробку руч-
ного автоматического привода выключателя.
Реле принадлежит к соленоидному типу и ос-
новано на электромагнитном принципе, хотя
имеет ограниченно-зависимую характеристику
выдержки времени, как у индукционных реле
(фиг. 11,38). Реле состоиг из следующих основ-
ных элементов:
1) обмотки;
2) сердечника с ударником;
3) штепсельного переключателя для регу-
лировки тока трогания посредством изменения
числа витков обмотки;
4) механизма выдержки времени.
При достижении током величины большей,
чем ток трогания, сила притяжения увеличи-
вается настолько, что преодолевает вес якоря
сердечника, и,последний поднимается кверху.
Вместе с сердечником поднимается ударник,
в нижней части соединенный с рейкой меха-
низма выдержки времени. Связь сердечника с
53
ударником осуществлена при помощи пружины,
скрепленной с ударником и помещенной внутри
сердечника. Этим достигается более плавное
действие реле при значительных кратностях
токов. Отключение выключателя происходит
через определенный промежуток времени, пос-
Фиг. 11,36. Принципиальный чертеж реле типа КАМ и
' привода.
1 — корпус автоматической коробки; 2 — вал; 3 — рычаг вала; 4 — заво-
дящий рычаг; 5— заводящая собачка; 6— диск; 7— запорная собачка;
8— ролик диска; 9 — палец диски отключающий; 10 — пружина; // — ва#
лик; 12 — рычажок-защелка; 13 — рычаг валика; 14 — катушка макси-
мального тока; 15 — штепсельный переключатель числа витков; 16 —
штепсель; 18 — сердечник; 79 — ударник; 20 — пружина отключающая;
21 — корпус механизма выдеожки времени; 22 — механизм выдержки
времени; 23 — рейка; 24 — регулятор выдержки времени.
ле того как зубчатая насечка на рейке соска-
кивает с зубчатого колеса механизма времени
и освободившийся сердечник, быстро втяги-
ваясь, ударяет ударником по рычагу валика
отключающего механизма.
Ограниченно-зависимая характеристика вы-
держки времени определяется неодинаковой
скоростью действия часового механизма при
различных величинах токов. При небольших
токах и небольших силах притяжения скорость
движения сердечника и ударника определяется
только величиной тока, и время действия тем
меньше, чем больше ток. При больших токах
54
сердечник втягивается сразу, сжимая помещен-
ную в нем пружину, и поэтому вне зависимости
от величины тока реле работает с постоянной
выдержкой времени.
Регулировка тока трогания реле осущест-
вляется изменением
числа витков катуш-
ки на штепсельном
переключателе, нор-
мально в пределах
14 5—10А с интерва-
лом 'в 1 А. Однако в
случае необходимо-
сти регулировка тока
трогания может быть
расширена до 90 А
путем пересоедине-
ния отпаек на ка-
тушке.
Регулировка вы-
держки времени осу-
ществляется измене-
нием рабочего хода
рейки, т. е. взаим-
ного расположения
зубцов рейки и зуб-
чатого колеса. Пре-
делы регулировки
выдержки времени в
независимой части
характеристики — от
1 до 4 сек. В слу-
чае необходимости
возможно снижение
минимальной устав-
ки примерно до
0,6—0,7 сек.
Механизм выдержки времени может с реле
сниматься. В этом случае оно работает как
мгновенное с временем срабатывания при боль-
ших токах порядка 0,1 сек.
Коэфициент возврата реле весьма низок —
от 0,4 до 0,5. Потребляемая мощность при токе
трогания и опущенном якоре велика и состав-
ляет около 50 VA. Погрешности в токе тро-
гания ■+: 10%, погрешности в независимой части
характеристики выдержки времени по данным
завода ±0,5 Сек. Однако по данным эксплоата-
ции при тщательной регулировке и соответст-
вующем уходе эти погрешности могут быть
снижены до 0,2 ч-0,3 сек.
Несмотря на указанные недостатки, реле
широко используется для осуществления защит
в распределительных сетях напряжением 35 kV
и ниже.
11. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ
ТОКА И ОБМОТОК РЕЛЕ
Вторичные реле максимального тока включа-
ются через измерительные трансформаторы тока
Фиг. 11,37. Механизм выдержки
времени реле типа КАМ.
13—рычаг валика; 74—катушка макси-
мального тока; 18 — сердечник; 19 —
ударник; 20—пружины отключающие;
23—рейка; 24 — храповое колесо; 25 —
собачка; 26 — анкер.
я,
*
14
% р
Z
\
\
1
I
-;
1
\ '
1
%
ш
1
1
" 1 "ТАМ
а 1 \п
i ! \
!
1
1
I |
1 !
\р
oSJ.
I 1
!
У
irc
^
^?п._
о юо гоо зоо ш
Выключающий ток б%от установленного на шкале тока
Фиг. 11,38. Характеристики реле типа КАМ.
Назначением трансформаторов тока является:
1) изоляция цепей, в которые включаются
вторичные реле, от системы высокого напря-
жения первичного тока;
2) трансформация первичного тока, который
при нормальной работе и особенно при пов-
реждениях может достигать очень больших
величин, до величины вторичного тока, равной
при номинальном первичном токе обычно 5 А.
Для релейной защиты в системах трехфаз-
ного тока применяется ряд схем соединений
трансформаторов тока и реле. Выбор наиболее
целесообразной из них определяется характе-
ром заземления нулевой точки системы и рядом
других факторов, рассматриваемых ниже. При
анализе работы этих схем необходимо учиты-
вать условия трансформации токов измеритель-
ными трансформаторами, которые характери-
зуются их векторной диаграммой.
Упрощенные векторные диаграммы транс-
форматоров тока. Условное изображение транс-
форматора тока дано на фиг. II, 39. Первичная
обмотка трансформатора НК включается после-
довательно в цепь первичного тока защищае-
мого элемента; вторичная обмотка нк замыкается
на токовые обмотки реле.
Зажимы обмоток трансформаторов тока мар-
кируются. Выбор зажима первичной обмотки,
который должен быть назван началом Н, яв-
ляется, вообще говоря, произвольным и опре-
деляется заводами-изготовителями, исходя, на-
пример, из намечаемого конструктивного рас-
положения трансформатора в установке. За
начало вторичной обмотки при принятой мар-
кировке зажимов первичной принимается уже
однозначно тот ее зажим, из которого мгновен-
ный ток направляется во внешнюю цепь в тот
момент времени, когда в первичной обмотке
он направлен от начала Н к концу К (завод-
ская маркировка по ОСТ зажимов обмоток
трансформаторов тока: для первичной Lu L2 и
вторичной иг, щ).
На фиг. II, 40 дана разметка концов первич-
ной 2 и вторичной 3 обмоток трансформатора,
навитых на магнитопровод / в одном и том же
направлении. Если в первичной обмотке транс-
форматора ток ir имеет в данный момент вре-
мени направление сверху вниз, то во вторич-
ной обмотке ток in направлен так, чтобы со-
гласно правилу Ленца размагничивать магнито-
провод. Поэтому мгновенный ток во вторичной
обмотке, если пренебречь током намагничива-
1of;% ния> напРавлен всегда противоположно первич-
0 ному току. В связи с этим если принять верх-
ний конец первичной обмотки за начало //, то
верхний койец вторичной обмотки, намотанной
в том же направлении, согласно принятому
способу маркировки
также должен быть
обозначен как нача-
ло н.
Принятому правилу
маркировки концов,
как то следует из
фиг. II, 39, соответ-
ствует такое же на-
правление мгновенных
токов в обмотке реле,
как и при непосред-
ственном включении
последнего в первич-
ную цепь. Направление токов через реле при
этом не изменится, если верхние зажимы об-
мотрк трансформатора будут концами К и k.
Фиг. 11,39. Условное изобра-
жение трансформат )ра то-
ка в схемах защит.
1
*1
U (
•>t!
^ п
а с ■
#Г~\
р
т
! 1
f
II
Jr
1 I
м
v_
1
1
I 1
1
!
1
\
J
\ф
Фиг. 11,40, Маркировка концов обмоток трансформатора
тока при одинаковом направлении их намотки на магни-
топровод.
Поэтому в схемах защит маркировку,часто не
приводят, имея в виду, что одноименные кон-
цы обмоток расположены на чертеже по одну
и ту же сторону трансформатора (рядом).
55
Векторная диаграмма трансформатора может
быть построена только после того, как будут
приняты вполне определенные условные поло-
жительные направления для первичных и вто-
ричных токов.
Существует два способа выбора этих поло-
жительных направлений. По первому способу
(фиг. 11,41а) положительное направление вто-
ричного тока i задается противоположным
где wn и <wB—число витков первичной и вто-
ричной обмотки.
Таким образом на упрощенной векторной
диаграмме трансформатора токи / и i9 если
принять для них различные масштабы, могут
быть изображены одним и тем же вектором'
(фиг. II, 42а).
При втором способе выбора условных по-
ложительных направлений положительному зна-
чению / соответствует отрицательное значе-
Фиг. 11,41. Способы изображения условных положитель-
ных направлений первичного и вторичного тока трансфор-
маторов тока.
первичному /, т. е., если, например. / направ-
ляется рт начала Н обмотки к концу ее К,
то i направляется от конца к к началу н. По
второму способу (фиг. 11,416) положительные
направления токов I и i принимаются одинако-
выми, например, от начал обмоток к их кон-
цам. Оба способа дают, разумеется, при правиль-
Фиг. П,42. Способы изображения упро-
щенных векторных диаграмм трансфор-
маторов тока (а —при разных положи-
тельных направлениях первичного и вто-
ричного тока; б — при одинаковых).
в)
ном пользовании ими одинаковые конечные
результаты, но оказывают влияние на вид' век-
торных диаграмм.
Алгебраическая сумма ампервитков первич-
ной и вторичной обмоток, если пренебречь
током намагничивания, должна равняться нулю.
При первом способе выбора условных поло-
жительных направлений положительному значе-
нию / соответствует также положительное
значение /и результирующие ампервитки-пред-
ставляют собой в соответствии с фиг. II, 41а,
разность ампервитков первичной и вторичной
обмоток. Поэтому в данном случае
I-w»
г • wM
=0
или
56
(И,26)
(11,27)
Фиг. 11,43. Схема соединения трансформаторов тока и
реле в звезду.
ние i и результирующие ампервитки предста-
вляют собой в соответствии с фиг. II, 416 сумму
ампервитков первичной и вторичной обмотки.
Поэтому в данном случае
/ • wfL-\-i -Доев 0
или
wR
•/.
(11,28)
(И,29)
На упрощенной векторной диаграмме транс-
форматора токи / и Л в этом случае изобра-
жаются векторами, сдвинутыми друг относи-
тельно друга на угол в 180° (фиг. 11,42 6).
Более удобным является первый способ
изображения векторных диаграмм, который и
используется в дальнейшем. Его преимущест-
вом, в, частности, является то, что векторная
диаграмма первичных токов трехфазной цепи
служит в то же время и диаграммой вторичных
токов.
Ниже рассматриваются следующие основные
схемы соединений трансформаторов тока и
реле: 1) звезда; 2) неполная звезда; 3) трансфор-
маторы тока в треугольник, а реле в звезду;
4) на разность токов двух фаз; 5) на фильтр
токов нулевой последовательности.
Схема соединения трансформаторов тока
и реле в звезду (фиг. 11,43). Схема осуществля-
ется тремя трансформаторами тока, влючаемы-
ми в фазы А, В и С защищаемой трехфазной
цепи, и тремя реле, обмотки которых присо-
единяются соответственно на вторичные зажи-
мы трансформаторов. Таким образом при любых
видах повреждений реле питаются токами iA)
is и ic, пропорциональными токам Ia* h и k
(при отсутствии насыщения трансформаторов).
По нулевому проводу схемы вторичные токи
замыкаются при повреждениях, сопровождаю-
щихся токами нулевой последовательности в
защищаемом участке. При выполнении той же
схемы без нулевого провода (фиг. 11,44) в этом
случае, например, при однофазном замыкании
Фиг. 11,44. Неправильное выпол-
нение схемы соединений в звезду
(без нулевого провода).
на землю фазы В нормального пути для замы»
кания 1в поврежденной фазы нет. Ток сможет
замыкаться только через вторичные обмотки
трансформаторов тока фаз А и С, которые
представляют для него весьма большое сопро-
тивление. Поэтому трансформатор тока фазы В
окажется недопустимо перегру-
женным, его коэфициент транс-
формации недопустимо искажен-
ным и защита, выполненная по
схеме фиг. 11,44, может не обес-
печить правильного отключения
повреждения.
Следует отметить, что нулевой провод в
схеме звезды необходим для сетей любого вида,
в том числе с малыми токами замыкания на
землю (заземленных через высокоомные сопро
тивления и имеющих изолированную нулевую
точку). Для последнего типа сетей указанное
требование определяется двойными замыкания-
ми на землю. Действительно, при двойном
замыкании на землю на двух линиях, отходящих
от сборных шин станции, имеющей, например,
изолированную нулевую точку (фиг. II, 45), в
каждой из линий ток будет только в одной
фазе, как при однофазных замыканиях. В связи
с этим при отсутствии нулевого провода защиты
могут не подействовать, что приведет к отклю-
чению генераторов станции.
Рассматриваемая схема соединений в звезду
обладает следующими достоинствами:
1) реагирует на все виды повреждений,
сопровождающиеся токами большими, чем ip.m
защиты, так как имеет трехфазное выполнение;
2) одинаково чувствительна ко всем видам
повреждений, так как на ее реле действуют
полные вторичные токи трансформаторов тока;
3) при замыкании между фазами действуют
весьма надежно, так как срабатывают, как пра-
вило, по меньшей мере, реле двух фаз.
Схема эта применяется в сетях с любым
характером заземления нулевых точек. Ее суще-
ственными недостатками являются относитель-
но большая стоимость и потребность в значи-
тельном количестве оборудования для установ-
ки трансформаторов тока и реле во всех трех
фазах. Поэтому в сетях с малыми токами
.замыкания на землю (особенно в менее ответ-
ственных распределительных сетях напряжени-
ем 3— 10 к V) обычно применяется более деше-
вая схема неполной звезды или включения реле
на разность токов двух фаз.
Схема соединений трансформаторов тока
и реле в неполную звезду (фиг II, 46). Схема
состоит из двух трансформаторов тока, вклю-
ченных в какие-либо две фазы системы (на-
пример, А и С), и двух реле, включенных соот-
ветственно на их вторичные токи. Таким об-
разом в этой схеме при любых# видах повреж-
л в с
Фиг. 11,45. Работа максимальной токовой защиты в "ра-
диальной сети при двойном замыкании на землю на ли-
ниях.
Фиг. 11,46. Схема соединений трансформаторов тока к
реле в неполную звезду.
дений реле питаются токами /д и *с> пропор-
циональными 1а и /с.
Ток in при указанном для него стрелкой
условном положительном направлении опреде-
5?
ляется на основании закона Кирхгофа для точ-
ки к:
1н=-(1а+1с), (11,30)
т. е. он ра^ен геометрической сумме вторич-
ных токов трансформаторов, взятой с обрат-
ным знаком. В частности при симметричном
замыкании между тремя фазами или нормаль-
ной работе его абсолютная величина равна то-
ку в фазе, а направление совпадает с векто-
ром тока фазы В, не имеющей трансформатора
(фиг. 11,47). Таким образом нулевой провод тре-
гой стороны, при двойном замыкании на землю
(фиг. II, 49), когда первое место повреждения
расположено на фазе В в точке М одной ли-
нии, а второе место повреждения на фазе С
в точке N другой линии, при схеме неполной
звезды отключается только одно место пов-
реждения в точке N на той фазе С, где уста-
новлен трансформатор тока. Второе место по-
вреждения в точке М может при этом, напри-
мер, за счет погасания дуги, самоликвидиро-
ваться.
Фиг. 11,48. Работа схемы неполной звезды при двойном замыкании на
землю в радиальной сети с односторонним питанием, имеющей изолиро-
ванную нулевую точку.
Фиг. 11,47. Векторная диаграмма пер-
вичных и вторичных токов схемы
фиг. II, 46 при симметричном замыкании
между тремя фазами.
буется здесь уже для правильной работы схе-
мы и при междуфазных замыканиях.
При замыканиях между тремя фазами или
между теми двумя, на которых установлены
трансформаторы, в схеме работают два реле.
При двухфазных замыканиях между одной из
фаз с трансформаторами тока и третьей фа-
зой работает только одно реле. При однофаз-
ных замыканиях на фазе, не имеющей транс-
форматора тока, а также при некоторых двой-
ных замыканиях на землю, например, фаз В и
С в точках М и N (фиг. II, 48), схема не рабо-
тает и должен отключаться "источник питания.
В указанном случае двойного замыкания на зем-
лю при установке схемы соединений в звезду
защита лийий отключит замыкание на землю
в фазе В. После этого замыкание на землю в
фазе С на шинах станции могло бы погаснуть
и генератор остался бы в работе. Таким об-
разом схема неполной звезды не пригодна для
защиты от однофазных замыканий на землю и
может несовершенно работать при указанном
случае двойного замыкания на землю.
Однако последний случай повреждения (од-
но замыкание на линии, второе на шинах)
практически является маловероятным. С дру-
58
Фиг. 11,49. Работа схемы неполной звезды при двойном
замыкании на землю в радиальной сети, когда точки по-
вреждения расположены на линиях разных направлений.
Для обеспечения такого действия схемы не-
обходима, конечно, установка трансформаторов
тока для всех элементов системы данного на-
пряжения в одноименных фазах, например А и С.
При схеме неполной звезды при таких двой-
ных замыканиях на землю отключается пример-
но в 66% всех случаев только одно место
повреждения. При схеме же полной звезды без
специальных блокировок отключаются оба мес-
та повреждения, в ряде случаев без достаточ-
ной для этого необходимости.
Схема неполной звезды в сетях с наглухо
заземленными нулевыми точками может быть
рекомендована для защиты только от много-
фазных замыканий. Схема широко применяется
также в сетях 35 kV и ниже, работающих с
малыми токами замыкания на землю. Однако в
этих сетях (особенно с напряжением 10 kV и
ниже) в ряде случаев целесообразно исполь-
зовать схему с одним реле, включенным на
разность токов двух фаз, как требующую еще
меньшего количества релейного оборудования
Схема соединений трансформаторов тока
в треугольник и токовых обмоток релеi в
звезду (фиг. II, 50). Схема осуществляется тре-
мя трансформаторами тока, вторичные обмотки
которых соединены в треугольник, и тремя
реле, соединенными в звезду.
И7*-!/' ь-^
1СА-
1* н\'л Фиг. 11,50; Схема соединений
трансформаторов тока в тре-
угольник и токовых обмоток
реле в звезду.
Токи через реле 1Ав, 1вс и кл определяются
на основании первого закона Кирхгофа для то-
чек й: ... m ЯП
iBC = iB-ic; (">32)
iCA=ic — iA. (И, 33)
Они представляют собой таким образом гео-
метрические разности токов двух фаз, в связи
с чем и схема-соединений называется включе-
нием на разйость токов.
Принимая во внимание характер векторных
диаграмм токов при- разных видах поврежде-
ний и приведенные выше выражения токов в
реле видим, что схема обладает неодинаковой
чувствительностью к различным видам повреж-
дений. При симметричных трехфазных замыка-
ниях токи в реле (фиг. И, 51) в V 3 раз боль-
ше токов трансформаторов:
iAB = iBc = icA=V3iA (И.34)
При замыканиях между двумя фазами, на-
пример, Я и С, наибольший ток в реле в два
паза больше тока в фазе: мв = —*в , 1вс — ^в ,
iCA = ic При однофазном замыкании на землю
в радиальной сети максимальный ток в реле
не превосходит тока в фазе: Iab — Ia, *вс—О,
iCA — —iA. ip, m должен выбираться по максималь-
ному рабочему току, который в j/T раз боль-
ше фазного тока. При однофазных замыканиях
ток через реле равен фазному току и защита
может отказать в действии или при ограни-
ченно-зависимых характеристиках затянуть вре-
мя отключения повреждения.
Отличительной особенностью схемы явля-
ется то, что она не реагирует на слагающие
нулевой последовательности токов поврежде-
ния Объясняется это тем, что токи нулевой
последовательности имеют одинаковую вели-
чину и фазу во всех трех фазах системы. По-
этому их разность, попадающая в реле, равна
нулю и они циркулируют в замкнутом тре-
угольнике вторичных обмоток трансформаторов
тока, никуда из него не выходя.
3 В связи с указанными
свойствами схемы ее
применение для макси-
мальной токовой защиты
ограничивается только
теми случаями, когда
соединение трансформа-
торов в треугольник
1аГЩ
Фиг. 11,51. Векторная диаграмма
первичных и вторичных токов
схемы фиг. II, 50 при симметрич-
ном замыкании между тремя
фазами.
дает возможность предотвратить неправиль-
ную работу защиты под влиянием токов ну-
левой последовательности. Подобный случаи
представлен, например, на фиг. 11,52, где от
шин подстанции отходит несколько радиальных
линий, одна из которых питает понижающий
трансформатор с заземленной нулевой точкой.
При однофазном замыкании на землю на другой
линии заземленный трансформатор обусловли-
вает во всех трех фазах своей линии равные
по величине и направлению токи нулевой по-
следовательности (см. также'фиг. 1,9). Э£и токи
при достаточной величине и какой-либо иной
схеме соединений защиты могли бы привести
в действие защиту неповрежденной линии, пи-
тающей трансформатор/и вызвать ее неселек-
тивное отключение. При рассматриваемой схе-
ме соединений токи нулевой последовательно-
сти в реле не попадут и защита неправильно
сработать не сможет.
Схема соединения трансформаторов тока
двух фаз и реле на разность токов (фиг. \\,Ь5).
Схема осуществляется двумя трансформатора-
ми тока, включенными в какие-либо две фазы
системы (например, Л и С), и одним реле.
59
Как и для предыдущей схемы, ток через
реле при принятом для него условном поло-
жительном направлении
1ас = 1а — к . (II, 35)
Таким образом рассматриваемая схема и при
различных видах повреждений обладает неоди-
наковой чувствительностью, которая характе-
ризуется для случаев трехфазного замыкания,
двухфазного замыкания между фазами с тран-
сформаторами и двухфазного замыкания меж-
ду фазой с трансформатором и третьей фазой
Отношением у/3:2:1.
две
случае, когда схема используется не только
для защиты других линий, но и для защиты
трансформатора или должна действовать как
резервная при отказе соответствующих защит
трансформатора.
Фи». 11,53. Схема соединения
трансформаторов тока двух фаз
и реле на разность токов.
Фиг. 11,52. Система,
в которой может ока-
заться целесообраз-
ным применение схе-
мы защиты с соединением трансформаторов
тока в треугольник-
При однофазных замыканиях на землю фа-
зы, не имеющей трансформатора, а также при
некоторых видах двойных замыканий на землю,
например, по фиг. II, 48 схема может не дей-
ствовать.
Недостатком схемы является возможность
отказа от действия при двухфазных замыка-
ниях за силовыми трансформаторами, имеющи-
ми соединение обмоток звезда-треугольник.
Рассмотрим работу схемы, установленной на
линии, питающей трансформатор, имеющий со-
единение-обмоток Y/Д—11 (фиг. II, 54). При за-
мыкании на стороне треугольника трансфор-
матора (например, между фазами айв) мы по-
лучим со стороны звезды в фазах А и С одина-
ковые по величине и направлению токи /з, ко-
торые, суммируясь в нулевой точке трансфор-
матора, дают удвоенный ток в фазе В. Равен-
ство 1а и /с определяется тем, что они пропор-
циональнытокам в соответствующих сторонах
треугольника, которые за счет отсутствия тока
в неповрежденной фазе С равны друг другу
и составляют одну треть /'3. В результате
при установке трансформаторов тока в фазах
А и С линии ток в реле окажется равным нулю
и защита не подействует. А между тем ее дей-
ствие может быть необходимо, например, в том
60
Схема с включением
реле на разность токов
двух фаз является ме-
нее совершенной, чем
схема неполной звез-
ды. Однако ее приме-
нение для максималь-
ной токовой защиты
от многофазных замы-
каний широко рекомен-
дуется в целях экономии реле в распредели-
тельных сетях напряжением 10 kV и ниже, где
приведенные выше недостатки схемы не явля-
ются существенными и, в частности, считается
допустимым не резервировать защитами линий
защиты понижающих трансформаторов, имею,
щих соединение обмоток звезда-треугольник.
Фиг. 11,54. Случай отказа в действий защиты, включенной
на разность токов двух фаз при двухфазном замыкании
за трансформатором, имеющим соединение обмоток звезда-
треугольник.
При использовании для осуществления за-
щиты реле типа ЭТ ХЭМЗ (гл. И, §6) возможно
выполнение более совершенной схемы с одним
реле, две половины обмотки которого раздель-
но включаются на трансформаторы тока. Такая
схема действует при повреждениях за транс-
форматорами с соединением обмоток Y/A и
имеет меньшие колебания чувствительности
(см. гл. VII, § 7)
Схема соединения трансформаторов тока
я реле на фильтр токов нулевой последова-
тельности (схема Гольмгрина, фиг. II, оэ). схе-
ма осуществляется тремя трансформаторами
тока вторичные обмотки которых соединяют-
ся одноименными концами « и к в две звезды,
и одним реле, приключаемым к нулевым точ-
кам этих звезд.
U при принятом для него положительном
направлении определяется согласно первому
закону Кирхгофа для точки н
отношение -g- = пт представляет собой коэ-
фициент трансформации трансформаторов то-
ка, а сумма L« а + /нам в + /нам с, отнесенная к
числу витков вторичной обмотки, называется
током небаланса и обозначается iKg,t. е.
-^ (Гном А + /нам В + Ком С) (И, 40)
1>нб
Следовательно,
iP —
З/о
' £«б
(11,41)
Фиг. Г,о5. Схема соединения
трансформаторов тока и реле на
фильтр токов нулевой последо-
вательности (схема Гольмгрина).
наго~ \[нагр^хнагр
Фиг. II,56. Схема замещения трансформатора тока с при-
соединенной ко вторичной обмотке нагрузкой ZHazp.
Вторичный ток трансформатора тока I со-
гласно схемы его замещения (фиг. 11,56) равен
геометрической разности первичного тока / и
тска намагничивания 1наМ9 приведенных к числу
витков вторичной обмотки we
i=r — 1'нам == -~ С ~1нам)*
(11,37)
Ток в реле, принимая во внимание выраже-
ние (11,36) и (11,37):
w
+ КамВ+Камс)- (Ц. 38)
Но сумма
/д+/в + /с=3/0, (Н,39)
Фиг. II57. Сочетание схемы соединения в звезду
с фильтром токов нулевой последовательности.
При нормальной работе и замыканиях меж-
ду фазами /0=0 реле нагружено только отно-
сительно весьма небольшим током г«* и схема
не действует. При замыканиях на землю токи
в фазах имеют слагающие нулевой последова-
тельности, которые дают соответствующий
ток через реле, заставляющий его сработать.
Основным преимуществом схемы является ее
высокая чувствительность, обусловленная неза-
висимостью iP от токов нагрузки (если прене-
бречь i„6). Поэтому она применяется для спе-
циальных высокочувствительных защит от за-
мыканий на землю, работающих при неболь-
ШИСхема включения реле на фильтр токов,
нулевой последовательности может быть объ-
единена с ранее рассмотренными схемами пол-
SS"™„oa з'везды (Рфиг II 43 {*г.Ш
как то показано на фиг. 11,57 и 11,58. 1акое
объединение по фиг. II, 58 широко применяется
и практике, так как не требует для фильтра
группы отдельных трансформаторов тока. Не-
достатком этой комбинированной схемы явля-
ется только наличие несколько больших ы ,
что в большинстве случаев несущественно.
Токи небаланса в схеме Гольмгрина. Сог-
ласно (И,40) ы определяется геометрической
суммой токов намагничивания трех трансфор-
маторов тока, которая практически даже при
симметричном перинном токе никогда нулю
не равняется за счет некоторой неидентично-
сти магнитных характеристик сочетаемых транс-
форматоров.
Рассмотрим зависимость тока небаланса от
первичного тока при плавном измении послед-
него.
1нам> служащий для создания магнитной ин-
дукции Вт , пропорционален удельным ампер-
виткам намагничивания AWyan в ответствии
с кривыми намагничивания трансформаторной
стали (фиг. 11,59) в пределах до нескольких
тысяч гаусс, выражается примерно следующим
образом:
t=kx AWyd
(0,6—0,7)
(II, 42)
Фиг. 11,58. Сочетание схемы соединения в неполную
звезду с фильтром токов нулевой последовательности.
Из этого соотношения следует, что два зна-
чения тока небаланса i'Me и i" Нб, соответствую-
щие двум^значеняям первичного тока /' и Г, свя-
заны между собой уравнением
•" / ( /"\ (0,6-0,7)
i нб = i нб \jjr) , (11,44)
Необходимо отметить, что формула справедлива
для основной гармоники /«б, определяемой основными
гармониками токов намагничивания. В \нам содержатся
также значительные третьи гармоники, процентное содер-
жание которых возрастает с увеличением Вт примерно
по линейному закону. Третьи гармоники \нам, складываясь
в трех фазах арифметически, дают третью гармонику iH6f
С увеличением тока / ток ^ир возрастая более быстро,
чем ih6 j, начинает превалировать в полном
1нб-1^1\б1 + 12нбш
Приведенной формулой можно пользоваться
при токах, не превышающих (3-^-4) нам трансфор-
маторов. 1нб изменяется в зависимости ог/при
плавном изменении последнего по тем же
кривым намагничивания (фиг II, 59), взятым в
другом масштабе. До начала насыщения магни-
топровода iH6 растет медленнее / (II, 44). С на-
ступлением насыщения он начинает резко воз-
растать (фиг. II, 60).
Особо больших величин iHe достигает при
переходных процессах в трансформаторах тока,
например, при повреждениях на защищаемой
ю а\л/„.
ам уд
Фиг. 11,59. Зависимость максимальной индукции от удельных Фиг. Н>60. Зависимость тока небаланса в схеме
ампервитков намагничивания для различных сортов стали. фильтра токов нулевой последовательности от
/ — для встроенных трансформаторов тока; // — для всех величины плавно изменяемого первичного тока,
других трансформаторов тока.
Токи намагничивания пропорциональны iH6,
Вт пропорциональна вторичной э. д. с. транс-
форматора, которая в свою очередь пропор-
циональна /, а следовательно, до наступления
насыщения и /. Поэтому (11,42) может быть
представлена в виде.
iri**k. Л°.«-0,7)в
(И, 43)
62
линии, за счет наличия в токах повреждения
слагающих постоянного знака и свободных
апериодических слагающих, появляющихся во
вторичной цепи трансформатора (см. ниже).
При /, равных примерно номинальному току
трансформаторов, iH6 бывает обычно достаточно
мал, составляя для точных трансформаторов
тока от 0 до 0,03 А.
В комбинированных схемах звезды и фильтра
нулевой последовательности, как указывалось
выше, iH6 могут иметь повышенные значения
по сравнению со схемой Гольмгрина. Это объяс-
няется повышенными нагрузками на каждый из
трансформаторов (фиг. 11,57), приводящими к
увеличению их 1нам, а также неравномерной их
загрузкой (фиг. 11,58), могущей обусловливать
дополнительную разность величин 1нам в разных
фазах, а следовательно, и большее значение их
геометрической суммы, определяющей iH6,
В общем случае величина нб кроме
1нам определяется следующим:
Wn
1) неодинаковым отношением z~~- по-
We
лучившимся, например, за счет ошибок
при намотке вторичных обмоток;
2) неравенством нулю геометрической
суммы трех первичных токов при нор-
мальной работе или междуфазных замыка-
ниях. Это может, например, быть в кольце
или на двух параллельных кабелях не-
большой протяженности (фиг. II, 61). Соб-
ственное небольшое сопротивление этих
кабелей может оказаться соизмеримым
с Rrt, например, разъединителей, в ре-
зультате чего геометрические суммы
Ia+Ib + Ic и1а+1в+1с не бУДУт
равны нулю, хотя, конечно, геометрическая
сумма 1А + I' в + /с == 0.
В соответствии с этим добавочные
слагающие 1нб изменяются, очевидно, про-
порционально величинам вторичных токов
трансформаторов тока.
Необходимо отметить, что в схеме могут
появляться токи порядка фазного, например, прич
обрыве одной из фаз, параллельных линии или
переключении их однофазными разъединителя-
ми.
Токи намагничивания трансформаторов тока при
переходных процессах. Вследствие внедрения в экспло-
атацию быстродействующих защит важно знать значения
Таким образом /' изменяется во времени по закону
__ t
г= ч + Ь = *'„
COS tut •
т
*DX (If, 45)
Токи iHaM в цепи намагничивания трансформатора тока
и ie во вторичной его цепи находятся решением уравнений:
(Н,46)
(И, 47
d(LH
1нам ~т~ 1l
нам)
dte
— h (fe + Гншр) ,
откуда, учитывая (11,45), получаем
Л=Ы
Фиг.
МйД
11,61. Распределение токов по одноименным фазам «вух парал-
лельных линий одинаковой протяженности.
и /„
трансформаторов
замыкания.
тока в
нб, а следовательно, х. *нал1
начальные моменты короткого
Для рассмотрения вопроса используется схема за-
мещения нагруженного во вторичной обмотке трансфор-
матора тока (фиг. II, 62). В целях упрощения сопротивле-
ния нагрузки гнагр и вторичной обмотки гв принимаются
чисто активными, а активные потери в стали не учиты-
ваются. Рассматривается работа ненасыщающегося при
коротком замыкании трансформатора тока, для которого
индуктивность ветви намагничивания Ьнам может быть
принята постоянной [Л. 1]._,
Принимаем, что повреждение возникло в момент, со-
ответствующий максимуму мгновенного значения перио-
дической составляющей iv первичного тока короткого
замыкания, при этом апериодическая составляющая /#, ком-
пенсирующая периодическую слагающую, имеет также
максимальное значение (фиг. II, 63). Принимаем для про-
стоты, что iv не затухает, /^ должна затухать с постоянной
времени системы TDl = ~^-~ . Величина этой постоянной
времени колеблется примерно в пределах 0,01 — 0,1 сек.,
составляя, например, для воздушных высоковольтных ли-
ний 0,01 — 0,03 сек. и повышаясь для мощных трансфор-
маторов до 0,08 сек. [Л. 2].
Фиг. 11,62.
Упрощенная схема замещения трансформатора
тока.
iHaM == cos (tat — 8) cos 8 lm — cos2 8
% .+
+
'Dx
lD\
Jm e
A,
(И,48)
TD2 — TDl
где 7д2 — постоянная времени вторичной цепи, равная
'Гв + Г,
угол
S=arccos
нагр
г в Л-г,
нагр
V (» 1нам)% + (Гв + ГнагрУ
: arclg <0 TD2*
Анализируя выражение (И, 48), можно установить сле-
дующее:
1, Трансформатором тока трансформируется как пе-
риодическая, так и апериодическая составляющие первич-
63
яого тока, так как апериодическая составляющая, хотя и
имеет постоянный знак, но все же изменяется по времени.
2. Периодическая слагающая первичного тока распре-
деляется между вторичной обмоткой и шунтом намагни-
чинания обратно пропорционально сопротивлению ветвей;
отсюда получается первая слагающая выражения тока
*нам: cos(w£ —S)-cos 8-/от;/она представляет собой полный
ток в шунте намагничивания при наступлении установив-
шегося режима работы трансформатора.
8. Апериодическая составляющая первичного тока
распределяется по закону, совершенно отличному рт рас-
:im CQS Ы
Р. 9
Периодическая составляющая тока в шунте намагни
чивания имеет в начальный момент (t = 0) согласно (II, 48
величину + cos2 о./^; она компенсируется свободной апе-
риодической составляющей, выражаемой вторым членом
(11,48), равным:
— cos2S/m-e
I
Угол 2 в рассматриваемом случае близок к 90°, cos 5^0, иI
в дальнейшем эга слагав
ющая, как близкая к,
нулю, не учитывается^
Вынужденная апери-;
одическая составляющая;
в том же шунте (третий;
член выражения) ком-
пенсируется * свободной|
апериодической состав-1
ляющей, выраженной че-,
твертым членов соотно-i
шения (II, 48). j
Рз фиг. И, 64 следует i
Фиг. 11,63. Диаграмма изменения
во времени мгновенных значений
первичного тока короткого замы-
кания (при построении принято
'*Го1 = 0,1 sec, !'m=l).
определения синусоидальных токов; ее вынужденная сла-
гающая в шунте намагничивания представлена третьим
членом выражения (11,48) и равна
Т*
А
Т> »т* "*
JD2— * D\
Из рассмотрения приведенного выражения следует,
что апериодическая составляющая распределяется между
ветвями с L и г согласно закону;
1Рв .
lD нам
Ъ + 'н
Тт
(И,49)
т. е. пропорционально постоянным времени вторичной и
первичной цепей.
В общем случае при учете активного сопротивления
гнам в ветви с LHaM и реактивного сопротивления* вторич-
ной обмотки трансформатора тока <о Le и нагрузки со LHa2p
распределение апериодического тока имеет соответственно
следующий характер:
*-нам
he Гнам~ TD1
1Dh
гв "Г" ?нагр
Le+L
(И,50)
нагр
Тщ
4. Поток в магнитопроводе трансформатора тока при
возникновении короткого эамыкания сразу измениться не
может. Поэтому в замкнутом контуре тока, состоящем из
сопротивления шунта намагничивания и сопротивления
нагрузки, должны появиться свободные апериодические
составляющие, компенсирующие рассмотренные выше вы-
нужденные. Они затухают с постоянной времени вторич-
ной цепи, равной TDi.
64
ц teen
что iHaM в переходном!
процессе определяется!
в основном ' разностью;
вынужденной и свобод-1
ной апериодических со-1
ставляющих, обусловлен-j
ных наличием апериоди-!
ческой слагающей в пер-
вичном токе. Постоянная:
времени вторичной цепи'
7£>2,\как правило, значи-'
тельно превосходит по-
стоянную времени 7/>i
систему. Поэтому через
некоторое время после возникновения короткого замыка-]
«ия, измеряемое обычно несколькими периодами пере-
менного тока частоты 50 Hz, вынужденная составляющая
в основном' затухает и остается только свободная, опреде*
л я ющая 1нам, во много раз превосходящий его устано-,
вившееся значение.
В действительных условиях работы трансформатора
тока при коротком замыкании может насыщаться. Это
ведет к дальнейшему резкому возрастанию iuau~ и, как
следствие этого, к резкому возрастанию /w#. При этом,
как следует из фиг, 11,64, /н£, как и iHaM> получают мак-
симальные значения не в начальный момент короткого
замыкания, а некоторое время спустя, когда нарастающий
магнитный поток приобретает максимальную величину.
Осуществление фильтра токов нулевой
последовательности посредством трансфор-
матора тока типа Ферранти (фиг. 11,65). Транс-
форматор Ферранти выполняется в виде сталь-
ного сердечника, охватывающего все три фазы
данной линии (фиг. II, 66). На сердечник нама-
тывается вторичная обмотка, к которой при-
соединяется реле.
Действие трансформатора Ферранти осно-
вывается на неуравновешенности магнитных
потоков трех фаз, возникающей при повреж-
дениях, сопровождающихся появлением тока
/0. При этом в магнитопроводе трансформатора
возникает магнитный поток, вызывающий в
обмотке реле соответствующий ток.
При однофазном замыкании на землю в сети
ток повреждения может возвращаться к зазем-
ленной нулевой точке системы по свинцовым
оболочкам как поврежденного, так и неповреж-
денного кабелей. Для обеспечения действия
при этом защиты только поврежденного кабеля
воронки последних должны быть заземлены
проводом, пропущенным через трансформатор
Ферранти. Это обеспечивает также срабатыва-
ние защиты при перекрытии воронки.
Фильтр токов нулевой последовательности,
осуществленный посредством трансформатора
Ферранти, имеет по сравнению со схемой Гольм-
грина следующие основные преимущества:
|г Фнг. И, 64. Диаграмма зависимости мгно-
* | венных значений полного тока намагни-
I чнвания и его основных составляющих
flfJ4 для трансформатора тока при переход-
1 Л иом режиме (при построении принято:
If 1 V 72)2=0,1 сек, Тт = 1 сек, 1а »1).
1) Значительно меньшие /«<?, замыкающиеся
через реле при нормальной работе и замыканиях
между фазами. Это объясняется тем, что в
трансформаторах Ферранти суммируются не
токи, а магнитные потоки и потому отсутствует
основная слагающая iHe схемы Гольмгрина,
обусловленная суммой намагничивающих токов
трех трансформаторов тока; у трансформато-
ров Ферранти 1нб определяется в частности
несимметрией в расположении фаз линии отно-
сительно его сердечника. В связи с этим, на-
пример, в кабельном варианте трансформатора
при симметричном расположении магнитопро-
вода относительно оси кабеля, специально
отрегулированном при установке, токи iH6 при
нормальной работе оказываются близкими к
нулю.
2) Коэфициент трансформации п трансфор-
матора Ферранти не зависит от величины пер-
вичного тока (у нормальных трансформаторов
тока минимальный пт определяется рабочим
током; первичный номинальный ток трансформа-
5 Релейная защита
тора не может быть меньше последнего по усло-
виям термической устойчивости) и определяется
только подбором такого числа витков, которое
при данных сопротивлениях обмоток применя-
емых реле обеспечивает наибольшую чувстви-
тельность защиты, т. е. требует минимального
/0 Для ее действия. Получающееся при этом
уменьшение пт по сравнению со схемой Гольм-
грина дает возможность повысить чувствитель-
ность защиты при данном 13 или снизить /*,
необходимый для ее действия.
Конструктивно простое решение трансфор-
маторы ферранти получают при установке их
на кабелях. Поэтому в сетях они применяются
только для осуществления защит от замыканий
на землю кабельных линий напряжением 10 kV
и ниже.
12. УСЛОВИЯ РАБОТЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
ТОКА В СХЕМАХ А В С
ЗАЩИТ
Работа трансфор-
маторов тока суще-
ственно отличается
по своему характеру
от работы измери-
тельных трансфор-
маторов напряжения
и силовых трансфор-
маторов. Это опре-
деляется следующи-
ми обстоятельства-
ми:
1) импеданс транс-
форматора тока с
присоединенной на-
грузкой любой ве-
личины, приведен-
ЬсяиО-Ю
Фиг. 11,66. Применение тран-
форматора Ферранти для ка-
бельной линии.
65
•<ийг*
bfacospi-s)* Д; ь- J$r* \j
Фиг. 11,65. Условное изо-
бражение схемы фильтра
толов нулевой последова-
тельности, осуществленной
посредством трансформа-
тора тока типа Ферранти.
Фиг. 11,66. Применение тран-
форматора Ферранти для ка"
бельной линии.
65
Фиг. IJ,67. Принципиальная
схема трансформатора тока
с нанесенными положительны-
ми направлениями векторов.
ный к числу витков первичной обмотки, со-
ставляет весьма малую величину по сравнению
с импедансами системы (генераторов, трансфор-
маторов, линий и нагрузки), поэтому величина
его первичного тока определяется практически
только условиями работы системы;
2) трансформаторы тока практически рабо-
тают в режиме короткого замыкания вторичной
обмотки, так как присоединяемая в ней на-
грузка для обеспечения точности трансформа-
ции имеет незначительное сопротивление.
Работа трансфор-
матора тока в раз-
личных режимах
характеризуется со-
отношениями, выте-
кающими из рассмо-
трения его вектор-
ной диаграммы и
схемы замещения
(фиг. II, 56).
Векторная диа-
грамма трансфор-
матора тока (фиг.
11,68). За основу
для построения век-
торной диаграммы
принимается схема
замещения и фиг.
11,67 с нанесенными
положительными направлениями электрических
величин. За исходный выбран вектор тока /.
Указанные на диаграмме величины озна-
чают следующее: и = {гнагр-\-]Хнагр)- i — напря-
жение на зажимах нк вторичной обмотки, равное
падению напряжения в активном гнагр и реак-
тивном Хнагр сопротивлениях нагрузки. Поло-
жительное направление #, на фигурах не указан-
ное, принято, как и всегда, совпадающим с
положительным направлением i вне трансфор-
матора тока;
Е— и-j-(r8 -f-jхв)• г—э. д. с, индуктированная
во вторичной обмотке трансформатора, равная
напряжению на его зажимах нк, сложенному
с падением напряжения в гви хв вторичной об-
мотки;
Ф= — — результирующий магнитный
4,44-/о/*
поток в магнитопроводе; положительное на-
правление Ф принято (фиг. И, 67) противополож-
ным тому, которое обычно по правилу штопора
связывает положительные направления э. д. с.
Еп и потока Ф, поэтому он отстает от Е на
угол 90°.
Гнам — ток намагничивания, приведенный к
числу витков вторичной обмотки; величина
I'нам определяется в зависимости от Ф и габа-
ритов магнитопровода по кривым намагничива-
ния (фиг. 11,59); в схеме замещения он проходит
66
через сопротивления гнам и хнам ответвления
намагничивающего тока;
Y — угол, на который ток Гнам опережает
при заданных положительных направлениях Ф;
его величина определяется на основании зави-
симости т от индукции Вт (фиг.11,69);
Г=*=1-\-Гнам—первичный ток, приведенный к
числу витков вторичной обмотки; определяет-
ся, исходя из того, что йри заданных положи-
тельных направлениях i-^n — iwe = IHaM-wn\
U'=Ег + (гя' + j x'n)j' — напряжение на за-
жимах нк первичной обмотки, равное сумме
э. д. с. Е', в ней индукти-
руемой, и падения напря-
жения в активном гп' и
реактивном хп' сопроти-
влениях первичной об-
мотки, приведенных к
числу витков вторичной
обмотки.
Работа при нормаль-
ной нагрузке вторичной
обмотки. Вторичная на-
Фнг. 11,68. Векторная диаграмма трансформатора тока.
грузка трансформаторов тока измеряется в омах
или вольтамперах при определенном cos ср.
Повышение нагрузки на трансформатор тока
достигается увеличением присоединенного к
нему сопротивления ZHa2p=rHaep -{-jxHa2p. Объ-
ясняется это тем, что при изменениях нагрузки
в известных пределах, ограничиваемых наступ-
лением насыщения магнитопровода, i ввиду
незначительной величины Гнам остается прак-
тически постоянным. Поэтому мощность i2-zKMP>
отдаваемая трансформатором, растет пропор-
ционально zHa2p. В связи с этим при включении
на один трансформатор.тока нескольких реле их
обмотки должны соединяться последовательно
(фиг. II, 70); при этом ток практически остает-
ся таким же, как и при одном реле.
Работа с разомкнутой вторичной обмоткой*
При работе трансформатора с разомкнутой
вторичной обмоткой i равен нулю и весь /
яв##ется током намагничивания. При этом Вт,
составляющая при нормальной работе сотни
гауссов, может достичь величин, измеряемых
многими тысячами гауссов. Это приводит к
следующим нежелательным последствиям:
1. На зажимах вторичной обмотки могут
появиться высокие напряжения, достигающие
десятков киловольт, опасные для изоляции вто-
ричных цепей, рассчитываемых обычно на испы-
тательное напряжение 2000 V, и для обслужи-
вающего персонала.
Необходимо иметь в виду, что максималь-
ные значения наведенных э.д.с. определяются
не максимальным значением индукции, которая
за счет сильного насыщения магнитопровода
изменяется во времени по трапецоидальнойкри-
вой, а скоростью ее изменения -^р которая бу-
дет очень велика в моменты быстрого измене-
ния индукции, соответствующие небольшим
мгновенным значениям ее (фиг. II, 71).
2. Получается недопустимый нагрев магнито-
провода трансформатора, вызванный повышен-
ными потерями на гистерезис и токи Фуко.
Он особенно опасен для изоляции обмоток,
насаженных на магнитопровод.
3. Ухудшаются магнитные свойства стали
за счет появляющегося остаточного ~ намагни-
чивания.
В связи с изложенным при наличии тока в
первичной обмотке трансформатора его вторич-
ная обмотка должна быть замкнута на нагру-
зочное сопротивление, а при снятии его пред-
варительно закорочена. Для этого, например,
на максимальных токовых реле, ip. m которых
регулируется изменением числа витков обмотки,
как указывалось выше (фиг. II, 33), предусматри-
ваются штепсельные мостики, выполненные так,
что при вынутом для регулирования штепселе
цепь трансформатора тока не разрывается.
Работа с замкнутой накоротко вторичной
обмоткой. Данный режим для трансформатора
тока в противоположность силовому трансфор-
матору является нормальным, так как величи-
на его вторичного тока определяется первич-
ным током.
Требования к точности работы трансфор-
маторов тока. Точность работы измерительных
трансформаторов тока обычно характеризуется
классом точности, который они обеспечивают
при определенной нагрузке и изменении пер-
вичного тока в пределах до 120 % от номи-
нального тока трансформатора.
Однако при выборе трансформаторов тока
для релейной защиты часто (например, для
максимальной токовой защиты с ограниченно-
зависимой характеристикой) важно знать точ-
ность их работы при первичных токах, кото-
рые могут во много раз превышать 1Н0М транс-
форматоров. С этой целью для трансформато-
ров тока даются кривые погрешностей ./* в
токе (фиг. II, 72) и Ь в угле (фиг. II, 73) в за-
висимости от кратности первичного тока
/
т = -.—.
МНОМ
s* .
гп
4Qr]
35r\
Jt/H
2bY\
20 r-
/5r~
10r
Tj || J | | |
I I I I I I I
I i LUrf
-J*Hi 1111
ITlWi/
ШЖ-
И1иГ7
Ш \\/]
•гП 111/
\ 1 1 1 1
inlll
/1 JHi TT
i I! 111
i i 11111
L. 1 i "1 f U
I. .LHJl
ШШ
\Ш
\\Ш
ГПТп
I )i * и
Mill
Bt
'm
100 200 500 WOO • 2000 3000 5000 ' WOO
Фиг. 11,69. Зависимость угла между намагничивающим
током и магнитным потоком от максимальной магнитной
индукции.
Фиг. 11,70. Присоединение нагрузки ко вторичной
обмотке трансформатора тока.
Фиг. 11,71. Кривые изменения во времени токов /, ам-
первитков индукции В и э. д. с. Е у трансформатора тока
с разомкнутой вторичной обмоткой.
67
Пог решностьюв токе fi называется
г —
отношение
Пт ном
100, представляющее со-
Птном
бой процентное отклонение i от величины,
получаемой делением / на птн0м. Погреш-
ностью в угле 8 называется угол сдвига i
по отношению к / (фиг. II, 68). Угловая погреш-
ность считается положительной, если вектор
i опережает вектор /. Погрешности опреде-
Как следует из фиг. II, 72, при увеличении
кратности тока погрешность в токе вначале
даже несколько уменьшается. Однако, начиная
с некоторой кратности тока, зависящей от
величины и coscp нагрузки, ошибки начинают
резко возрастать. Указанный характер из-
менения погрешности объясняется на основа-
нии векторной диаграммы трансформатора
(фиг. II, 68) и кривых намагничивания (фиг. 11,59)
следующим образом. При небольшом повыше-
нии / ампервитки намагничивания, определяю-
20 т
Фиг. 11,72. Пример
зависимости по-
грешности в токе
от кратности пер-
вичного тока т.
Фиг. 11,73. Пример
зависимости по-
грешности в угле 8
от кратности пер-
вичного тока т.
ляются наличием у трансформаторов намагни-
чивающего тока. Они вычисляются по следую-
щим приближенным формулам [Л. 3]:
Avru
§ _ AWНам
AW„
cos (a+y)-3 440,
где a —угол между i и E.
68
Фиг, 11,74. Зависимость вторичного тока трансформатора
тока от кратности первичного тока.
щие погрешность в токе, растут медленнее,
чем Вт% пропорциональная току, поэтому пог-
решность уменьшается. При сильном увеличе-
нии / наступает насыщение магнитопровода,
и ампервитки намагничивания начинают расти
значительно быстрее, чем Вт и пропорцио-
нальный ей ток; погрешности в токе при этом
сильно возрастают.
Характер погрешностей в углах с учетом
зависимости угла сдвига между потоком и на-
магничивающим током от индукции (фиг. II, 69)
объясняется аналогичными соображениями.
Рассмотренные кривые погрешностей даются
заводами, изготовителями трансформаторов то-
ка, до относительно небольших кратностей тока,
обусловливающих индукции не более 10000 —
11000 Gs, при которых еще обеспечивается
достаточная степень точности при расчетах.
Погрешности трансформаторов при больших
кратностях токов характеризуются такой крат-
ностью тока /, отнесенной к определенной
величине и характеру нагрузки, при которой
токовая погрешность достигает 5 или 10 % (пяти-
и десятипроцентная кратность). На фиг. II, 74 *
приведена зависимость i от кратности первич«
ного тока т. Пяти- и десятипроцентным крат-
ностям тока на ней соответствуют абсциссы
т6 и т10, при которых i отклоняются от
идеальных значений за счет насыщения соот-
ветственно на 5 и 10% в сторону уменьшения.
При дальнейшем возрастании кратности /
наступает полное насыщение магнитопровода
трансформаторов, при котором i достигает
максимальной возможной при данной нагрузке
вторичной величины rmax.
В настоящее время в Союзе считают до-
пустимым исходить при выборе трансформа-
торов тока для защит из десятипроцентных
погрешностей.
Омы
Фит. 11,75. Пример
зависимости крат-
ностей первичного
тока /rijo, соответ-
ствующих десяти-
процентной по-
грешности в токе,
от вторичной на-
грузки Z для транс-
форматоров тока
ТПОФЗиТПОФУЗ
с сердечником 3.
погрешность . в токе fi9 не превосходящую
10 % при /=/р. т. Погрешности /| при дру-
гих токах и погрешности в угле 8 никакого
влияния на работу защиты, очевидно, не ока-
зывают. Для рассматриваемого случая могут
быть использованы трансформаторы и с повы-
шенными погрешностями при условии, что ip.m
защиты будет отрегулирован по /. Для защит
с ограниченно-зависимыми характеристиками
выдержки времени обычно считается целесооб-
разным (если это возможно) иметь погреш-
ность в токе, не превосходящую 10 % в пре-
делах первичных токов, обусловливающих ра-
боту реле в зависимой части характеристики.
Определение нагрузок на трансформаторы
тока в схемах защит. Нагрузка трансформато-
ров тока в схемах защит складывается из сле-
дующих элементов:
1) сопротивления токовых обмоток реле
£р = гр -\-jXp;
2) сопротивления соединительных проводов
вторичной цепи гпр\
3) переходного сопротивления контактов гл#
Для схемы, работающей от одного трансфор-
матора тока, его нагрузка определяется сле-
дующим образом:
На фиг. II, 75 приведены зависимости кратно-
стей токов т, соответствующих десятипроцент-
ным погрешностям, в функции от величин вто-
ричных нагрузок Z, выраженных в омах.
Под вторичными нагрузками Z здесь пони-
мается сумма собственно нагрузки ZHazP, при-
соединенной ко вторичным зажимам трансфор-
матора, и сопротивления его вторичной об-
мотки Ze. Угол а + т принимается постоянным
и равным 90°.
Требования к точности работы трансфор-
маторов тока для рассматриваемых максималь-
ных токов защит зависят от типа применяе-
мых характеристик выдержек времени. Для за-
щит с независимыми характеристиками выдер-
жки времени считается необходимым иметь
\агр — ViTp + rnP+ Гп )*+Х2р ;
гр \ гпр\гп
COS<f>;
нагр
У(Гр+гПр+гпУ^х1 '
(П,51)
(И,52)
где гПр — сопротивление прямого и обратного
провода схемы.
Для схем трехфазной системы величина
нагрузки каждого из трансформаторов тока в
общем случае зависит от соотношений токов
в фазах первичной цепи. Так, например, в схе-
ме полной звезды (фиг. 11,43) при нормальной
работе и замыканиях между фазами тока в ну-
левом проводе нет; поэтому нагрузка на каж-
дый трансформатор складывается из сопротив-
лений реле, прямого провода и переходного.
При однофазном замыкании*на землю ток пов-
реждения проходит через реле поврежденной
фазы и возвращается по нулевому провожу,
поэтому нагрузка на трансформатор складыва-
ется из сопротивлений реле, переходного, про-
водов прямого и нулевого. За расчетную вели-
чину нагрузки следует, очевидно, принимать ее
максимальное возможное значение.
Поэтому для схем полной и неполной звез-
ды вне зависимости от характера заземления
нулевых точек защищаемой системы, учитывая
в системах с малыми токами замыкания на зем-
лю случай двойного замыкания на землю, при
котором ток повреждения проходит по нуле-
вому проводу (фиг. II, 45 и II, 48), нагрузка оп-
ределяется сопротивлениями реле, переходным
и двух соединительных проводов.
69
Определим нагрузку трансформаторов при
соединении их в треугольник, а токовых обмо-
ток реле — в звезду (фиг. 11,50). Напряжение
на зажимах вторичной обмотки трансформато-
ра поврежденной фазы, например, фазы А
Uа = Iab {Zp + Zn-\-ZnP) — Ica• (Zp-\-Zn-\-
+ Z^)=(2iA-iB-ic)-(Zp + Zn + ZnP).(U,tt)
Нагрузка на трансформатор, выраженная в
омах, равна напряжению иА на его зажимах,
деленному на вторичный ток трансформато-
ра 1а : „л
Z^=-^- (11,54)
Для всех замыканий между фазами *я +
+*с = — 1а> поэтому, учитывая (11,53) и (11,54):
(Zp + Zn + Znp). (11,55)
Таким образом для схемы соединений транс-
форматоров тока в треугольник и токовых
обмоток реле в звезду расчетная нагрузка
оказывается в три раза больше действитель-
ного сопротивления каждой фазы защиты.
Для уменьшения нагрузки трансформаторов
тока в целях повышения точности их работы
иногда применяется последовательное соедине-
ние двух трансформаторов тока одной фазы,
имеющих одинаковые коэфициенты трансфор-
мации (фиг. 11,76). пт такой схемы, пренебре-
гая погрешностями трансформаторов, равен,
очевидно, пт одного трансформатора. Напря-
жение на зажимах каждого из трансформато-
ра и=0, 5.*' (Zp + Zn + Znp ). (II, 56)
Нагрузка каждого трансформатора тока
РаВНа Гнагр --f—0,5 (Zp + Zn + Znp). (11,57)
Таким образом расчетная нагрузка каждого
трансформатора в два раза меньше присоеди-
ненной. Поэтому схема широко применяется
при использовании маломощных трансформа-
торов тока, встраиваемых во втулки выключа-
телей, напряжением 35 kV и выше в количест-
ве двух (35 kV) или иногда четырех (на 110 kV
и выше) на фазу.
В некоторых случаях для снижения пт в
схеме, завышенного по отношению к рабочему
току, например, по условиям динамической
устойчивости, применяют параллельное соеди-
нение двух трансформаторов тока одной фазы,
имеющих одинаковый пт (фиг. 11,77). Ток ip
u=ip(ZP-\-Zn-\-Znp) = 2i (Zp +
1 > +Zn + Znp). (11,58)
Расчетная нагрузка каждого трансформа-
- тора
-±—2{Z9 + Zn + Zw), (И,59)
т. е. в два раза больше действительной.
в
Л 13. СХЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА ЗАЩИТЫ
i9 В качестве, оперативного тока для питания
и вспомогательных реле в схемах защиты (на-
:- пример, реле времени) и отключающих механиз-
if мов выключателей, как правило, применяются:
[I 1) постоянный ток от независимого источ-
)- ника—аккумуляторной батареи;
,ч 2) переменный ток, получаемый обычно от
}' измерительных трансформаторов тока или на-
а пряжения.
7. На фиг. II, 78 приведена однолинейная прин-
' ципиальная схема защиты на постоянном токе.
Кк
Фиг. 11,76. Однолинейная
схема с последовательным со-
единением двух трансформа-
торов тока одной фазы.
Фиг. 11,77. Однолинейная
схема с параллельным со-
единением двух трансфор-
маторов тока одной фазы.
Фиг. 11,78. Принципиальная схема с вспомогательным
источником постоянного. тока для оперативных целей.
через реле при этом в два раза превышает
ток во вторичной обмотке каждого трансфор-
матора. Поэтому п!т схемы оказывается рав-
ным -к- Пщ каждого из трансформаторов.
Напряжение на зажимах трансформаторов
70
При действии защиты реле замыкают своими
контактами 2 цепь оперативного тока, напряже-
ние источника постоянного тока подается на
отключающую катушку 1 выключателя и он
срабатывает, автоматически разрывая при этом
цепь оперативного тока вспомогательными кон-
тактами 3, укрепленными на его валу. Необ-
ходимость такого разрыва вызывается следую-
щими обстоятельствами:
1) недостаточной мощностью на размыкание
контактов реле, которые, как правило, не могут
разрывать потребляемых отключающей катуш-
кой значительных мощностей (порядка 500 W)
или имеют при этом сильный износ;
2) необходимостью предотвратить сгорание
отключающей катушки, не рассчитанной на
длительные токи, при отказе реле разомкнуть
свои контакты после отключения повреждения
или при конструкции реле, предусматривающей
их возврат в исходное положение от руки;
3) стремлением напрасно не разряжать акку-
муляторную батарею в случаях, указанных во
втором пункте.
Отключающие цепи постоянного тока каждо-
го выключателя в настоящее время, как прави-
ло, снабжаются индивидуальными плавкими пре-
дохранителями, под которые включаются и все
вспомогательные реле постоянного тока, схемы,
а также сигнальными устройствами, контроли-
рующими их исправное состояние.
Напряжение аккумуляторных батарей, ис-
пользуемых для питания оперативных цепей, вы-
бирается равным 24, 48, ПО или 220 V. При этом
современные отключающие механизмы обес-
печивают четкость действия при снижениях
напряжений до 65% от указанных выше номи-
нальных значений. Более низкие номинальные
напряжения для оперативных целей не применя-
ются, так как повышенные значения отключаю-
щих токов могут вызвать недопустимо большие
падения напряжения в переходных сопротивле-
ниях контактов реле, вспомогательных контак-
тах 3 на валу выключателя и других местах
соединений.
В установках, где независимый источник
постоянного тока требуется и для других целей,
например, дистанционного управления привода-
ми выключателей 110 kV, а также в установках
со сложными защитами, осуществление схем
которых на переменном токе затруднительно,
в качестве оперативного используется, как пра-
вило, постоянный ток. Однако для установок
с ручными приводами выключателей, допускаю-
щими только автоматическое отключение, часто
не имеющих дежурного, персонала, является
желательным использование для оперативных
целей переменного тока. При этом исключается
необходимость установки на подстанции акку-
муляторной батареи, а следовательно, и забот,
связанных с наблюдением за ее работой и пере-
зарядкой.
На фиг. II, 79 дана однолинейная принципи-
альная схема, в которой для оперативных целей
используется непосредственно ток от трансфор-
маторов тока, к которым присоединена защита.
При работе защиты реле размыкает свои нор-
мально замкнутые контакты и цепь отключаю-
щей катушки 7, которая до этого была коротко
замкнута, включается последовательно с об-
моткой реле йа вторичную обмотку трансфор-
Цепь главного тока
Выключатель
Тр-ор тока
Реле
Фиг. 11,79. Принципиальная схема с непосредственным
питанием оперативной цепи oi трансформатора тока.
/лабн.то-рток
Вспомогат.
тр-р тдко
<Реле
Цепь гладного токе
с——
Выключатель
Фиг. 11,80* Принципиальная схема с насыщающимся транс-
форматором тока в качестве источника оперативного
тока.
матора тока. В отключающую катушку направ-
ляется полный ток трансформатора тока, и
выключатель срабатывает.
Преимуществом этой схемы по сравнению
с другими способами питания оперативных це-
пей переменным током является ее относитель-
ная простота. Однако область ее применения
ограничивается величинами вторичных токов
трансформаторов тока, разрыв которых может
оказаться недопустимым для контактной си-
стемы реле. Из союзных реле применение схемы
допускают только реле типа ИТ-80 ХЭМЗ (см.
гл. II, § 9) при вторичных токах, не превосходя-
щих~30 А.
На фиг. II, 80 приведена однолинейная прин-
ципиальная схема защиты, в которой для опе-
ративных целей используется ток от специаль-
71
ного вспомогательного трансформатора токасят,
близким к единице, включенного во вторичную
обмотку главного трансформатора тока защи-
щаемого элемента. При работе защиты реле
замыкает контактами 2 цепь отключающей ка-
тушкиЛна вспомогательный трансформатор и вы-
ключатель действует. j*C£OMO£aj^
4^м&Х0&ТРка^^
BbiJL i „ .ЩЩ^1юбух ■.значениях J, ''превышающих
ongej^ Этим* обеспечиваются
допустимые условиядЛя работы на замыкание
тельные реле (например, реле времени), работающие на
оперативном токе, для питания последних должны пре-
дусматриваться специальные устройства, например, от-
дельные насыщающиеся трансформаторы тока (фиг. 11,82);
возможно также параллельное питание от одного транс-
форматора отключающей катушки и реле времени, одна-
ко чувствительность защиты при этом несколько пони-
жается.
4. Схемы для трехфазных систем должны выполняться
щ так, чтобы при любом виде повреждения была обеспече-
; на подача оперативного тока на отключающий механизм
i выключателя. Применение для этого схемы по фиг. 11,83
* в некоторых случая* не может быть осуществлено, так
Шины подстанция
Выклюцчатела
Па тающий фидер
Z
Линия Ж
Вспамогат.
тр-ор ток%
СВарные uiutftot
для централах
питание
^— К защите линии Ш
ддя схем
но
Фиг. 21,81 • Централизованное питание
фиг. II, 80.
контактов реле защиты при любых практически
возможных максимальных значениях токов по*
вреждения.
В связи с приведенным требованием вспо-
могательные трансформаторы тока выполня-
ются быстронасыщающимися, с вторичными
максимальными токами, не превосходящими
примерно 8 -*-12 А.
Питание оперативных цепей через промежуточные на-
сыщающиеся трансформаторы тока может быть также
централизованным от трансформаторов тока фидера, пи-
тающего данную подстанцию (фиг. 11,81). Недостатками
схемы по сравнению с индивидуальным питанием явля-
ются: меньшая надежность, усложнение эксплоатации и
в некоторых случаях недостаточная чувствительность
(если токи короткого замыкания могут быть невелики,
а коэфициент трансформации трансформатора питающего
фидера значительно больше п^ защищаемого элемента).
Поэтому схема, как правило, к применению не рекомен-
дуется.
Использование, в качестве оперативного, тока от вто-
ричных обмоток измерительных трансформаторов тока
обладает, однако, рядом недостатков, главными из кото-
рых являются следующие:
1. Схемы пригодны только для защит, реагирующих
на токи повреждения больше определенной величины,
недостаточной для работы механизма выключателя. Поэ-
тому схемы не могут быть использованы, например, для
высокочувствительных максимальных токовых защит от
однофазных замыканий на землю, включаемых в системах
с нулевой точкой, заземленной через высокоомное со-
противление, по схемеТГольмгрина или на трансформатор
тока типа Ферранти.
2. Реле в схеме, несмотря на применение насыщаю-
щихся трансформаторов, должны все же иметь достаточ-
но мощные отключающие контакты.
3. В сложных схемах защит, включающих вспомога-
Цт елсЗ^ого тока
Выклнзчме/цъ
о*
Пюбн. пр-р тока
Ясрдыиклолщ
гшптр-ртока
второй 6спо-
Mfoeam тр-р
тока
Оердое
реле
Яторов
Фиг. 11,82. Схема с двумя насыщающимися трансформа-
торами тока в качестве источника оперативного токи,
как она не действует при
однофазных замыканиях на
землю фазы, не имеющей
трансформатора тока, а так-
же при некоторых видах
замыканий по фиг. 11,48 и
11,54.
Поэтому применяются
также схемы с несколькими
насыщающимися трансфор-
маторами тока,, действую-
щими на соответствующее
увеличенное число отклю-
чающих катушек выключа-
телей (см. ниже фиг. 11,93).
Однако возможно примене-
ние и одного насыщающе-
гося трансформатора тока
с тремя первичными обмот-
ками (фиг. 11,84), две~ из
которых имеют, например,
число витков W} и вклю-
чаются на линейные токи каких-либо двух фаз, а третья
с удвоенным числом витков 2 W\ — на фильтр токов нуле-
вой последовательности. Суммарные ампервитки такой
системы
A W= iA.wx — ic-wx + (iA +h+ *c) 2v>i =
= (3/A + 2/B + /c) Wl
и обеспечивают ее действие при указанных выше видах
повреждений.
На фиг. И, 85 приведена однолинейная прин-
ципиальная схема защиты, в которой источни-
ком оперативного тока служит измерительный
трансформатор напряжения» При наличии на
Фиг. 11,83. Схема включе-
ния насыщающегося транс-
форматора на разность
токов двух фаз.
72
подстанции понижающих силовых трансформа-
торов, дающих низкое напряжение, цепи опе-
ративного тока рассматриваемой схемы могут,
конечно, питаться непосредственно от них* Схе-
ма применяется для защит от однофазных за-
мыканий на землю в системах с нулевой точ-
кой, заземленной через высокоомное сопротив-
ление. При этом для питания должно исполь-
зоваться одно из линейных напряжений, кото-
рые в системах рассматриваемого типа при
однофазных замыканиях практически не изме-
няют своей величины.
с выключателями, допускающими установку н&«
них ручных автоматических приводов, если-
не могут быть использованы еще более про-
стые схемы с реле прямого действия.
Как следует из изложенного выше, схемы с использо-
ванием для оперативных цепей защит переменного тока
имеют некоторые недостатки. В связи с этим было пред-
ложено [Л. 4} использовать для рассматриваемых целей
энергию заряда конденсаторов. Принципиальная схема ус-
тройства показана на фиг. II, 86. Конденсатор 4 заряжается
через купроксный выпрямитель 5 от измерительного транс-
форматора напряжения. При срабатывании реле макси-
мального тока оно замыкает контакты 2, конденсатор 4
h Ik \\h
Тр-ор
напряже
/VWW
Фиг. 11,84. Схема включения специального
насыщающегося трансформатора тока с тремя
первичными обмотками.
Цепь глаОчого токо
Та-р тока
Фиг. 11,86.
Фиг. 11,85. Схема с трансформатором напряжения в ка-
честве источника оперативного тока.
Для защит от" междуфазовых замыканий
схема фиг. 11,85, очевидно, 'непригодна, так
как при повреждениях вблизи места установки
выключателя, когда он должен безотказно дей-
ствовать, напряжение, подводимое к отключа-
ющей катушке, может оказаться для этого не-
достаточным.
Основными преимуществами использования
оперативного переменного тока для неслож-
ных типов защит по сравнению с постоянным
оперативным током являются: большая просто-
та и надежность в эксплоатации и отсутствие
аккумуляторной батареи.
Для максимальных токовых защит перемен-
ный оперативный ток должен широко приме-
няться на понижающих подстанциях распреде-
лительных сетей напряжением 35 kV и ниже
Схема с конденсатором в качестве источника оператив-
ного тока.
разряжается на отключающую катушку / выключателя к
последний размыкает цепь тока. Одного такого устройства
достаточно для отключения группы выключателей. В этом
случае контакты 2 реле разных элементов включаются
пар?ллельно. Сопротивление выпрямителей 5 при обрати
ном токе практически не равно бесконечности, поэтому
при понижениях напряжения конденсатор может также
разряжаться через выпрямитель. Для предотвращения
этого возможно при посадках напряжения автоматически
разрывать цепь от трансформатора напряжения посред-
ством контактов 6 специальных реле минимального на-
пряжения,* применить взамен купроксов кенотрон, имею-
щий для обратного тока практически бесконечно большое
сопротивление, или включать последовательно с куп-
роксами высокоомные сопротивления. Достоинствами схе-
мы являются:
1) действие при любых значениях токов короткого
замыкания и видах повреждений;
2) возможность использования одного устройства для*
ряда элементов.
Недостатки схемы:
1) невозможность питания защит, в схему которых
входят реле времени со значительными выдержками вре-
мени, так как конденсаторные батареи очень быстро при
действии разряжаются;
2) меньшая надежность, чем при переменном опера-
тивном токе.
Поэтому схема для токовых защит не применяется»
14. ПОЛНЫЕ СХЕМЫ МАКСИМАЛЬНОЙ
ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ
Характер выполнения полных схем макси-
мальной токовой защиты зависит от целого ряда
факторов: видов повреждений, на которые она
должна реагировать, принятой схемы соедине-
отй трансформаторов тока и реле, характери-
стики выдержки времени, типов реле.и вида
оперативного тока.
На фиг. 11,87 приведена трехфазная схема
защиты с независимой характеристикой выдерж-
ки времени и постоянным оперативным током.
Она реагирует на все виды повреждений в за-
щищаемой зоне, вызывающие появление токов
больше максимального рабочего. В схеме при-
менены реле максимального тока мгновенного
действия 7 и реле времени 2, создающее вы-
держку времени. При повреждении мгновенно
напряжений в случае пробоя изоляции между
первичной и вторичной обмотками.
В цепи отключения установлено (фиг. 11,87)
специальное, действующее при появлении тока
сигнальное реле 5, называемое блинкером.
При повреждениях он должен контролировать
работу всей схемы защиты, включая отключаю-
щую катушку выключателя, и давать световой
сигнал дежурному персоналу. Наличие блинке-
ров облегчает анализ аварий; так, например,
-Фиг. 11,87. Максимальная токовая защита с независимой
выдержкой времени в трехфазном исполнении.
срабатывает одно или несколько реле тока, по-
дающие параллельно постоянный ток на обмот-
ку реле времени, которое, работая с установ-
ленной выдержкой времени, замыкает через
сигнальное реле 3 цепь отключающей катушки
выключателя и последний срабатывает.
Трансформаторы тока для защиты могут
быть установлены за выключателем, считая по
направлению от шин (фиг. II, 87 и II, 88а), или
до выключателя (фиг. Н,88б).В первом случае
при замыкании за трансформаторами со стороны
линии защита правильно отключит повреждение.
Однако при перекрытии втулок выключателя
потребуется отключение сборных шин. Во вто-
ром случае при повреждении втулок выключа-
теля, обращенных в сторону линии, отключится
только последняя, но при перекрытии трансфор-
маторов тока отключатся щины. Таким образом
место установки трансформаторов тока должно
определяться тем, где более вероятны пЬвреж-
дения: в трансформаторах тока или в выключа-
телях. В СССР при установке отдельных транс-
форматоров, как правило, применяется схема а.
При использовании трансформаторов тока,
встраиваемых в обе втулки выключателя каждой
фазы (для напряжений 35 kV и Шлше), приме-
няется схема б.
Вторичные обмотки трансформаторов тока
в одной точке заземляются для предотвраще-
ния появления во вторичных цепях высоких
74
Фиг. 11,88 (а и б). Расположение трансформаторов тока
для присоединения защиты.
если при поврежде-
нии на защищаемой
линии блинкер сра-
ботал, а выключа-
тель не подейство-
вал, можно сделать
вывод) что причиной
неправильной лик-
видации аварии яв-
ляется отказ выклю-
чателя, а не реле.
Блинкер типа ЭС
в выполнении ХЭМЗ
представляет собой
электромагнитное
реле (фиг. II, 89). Его
якорь при притяже-
нии освобождает
металлический фла-
жок, который, потеряв опору, поворачивается
вокруг оси на угол 90° и становится видным через
стеклянное окошечко в крышке. При этом также
замыкается слабый контакт, пригодный для целей
сигнализации. Флажок возвращается в исходное
положение от руки. Наличие светового сигнала
от блинкера дает возможность контролировать
его своевременное возвращение в исходное по-
ложение после действия защиты или случай-
. ных механических толчков, приводящих иногда
к выпадению недостаточно хорошо отрегули-
рованного флажка.
Фиг. 11,89. Схематический
вид блинкеров типа ЭС ХЭМЗ.
/ — магнитная система; 2 — обмотка;
3 — якорь; 4 — подвижные контакты;
5 — неподвижные контакты; 6 — регу-
лирование устройства; 7— окошко
флажка.
Принимаемые условные изображения блин-
керов даны на фиг. II, 90.
Постоянный ток на оперативные цепи защи-
ты берется часто от предохранителей выклю-
чателя В1 (поэтому + и — на фиг. II, 87 снабжены
индексом 1), на сигнализацию иногда от специ-
альных предохранителей б.
Необходимо отметить, что ряд фирм снаб- ,
жают реле встроенными внутрь их блинкерами.
Такое решение вопроса является значительно
более целесообразным, особенно в том случае,
если встроенный блинкер (как и рассмотрен-
□__- Гх1 фиг- 1]['90- Услов"
■———' |х\| ные изображения
1 I блинкеров.
о) б)
Фиг. 11,91. Максимальная то-
ковая защита с ограниченно-
зависимой выдержкой време-
ни, с одним реле, включенным
на разность токов двух фаз и
пиланием оперативных цепей
от промежуточного насыщаю-
щегося трансформатора тока.
ный выше выносной) контролирует не только
действие механизма реле, но и фактическое
появление отключающего тока.
В настоящее время при установке на защи-
щаемом элементе только одной защиты в целях
удешевления и упрощения ее осуществления
отдельные блинкеры иногда допускается не
устанавливать. При наличии блинкеров по тем
же соображениям часто не выполняют свето-
вой сигнализации.
На фиг. 11,91 приведена схема защиты с
одним реле, включенным на разность токов
двух фаз, имеющим ограниченно-зависимую
характеристику с оперативным током, получа-
емым от специального насыщающегося транс-
форматора тока, включенного также на разность
токов двух фаз (фиг. II, 83). В данной схеме
нет необходимости подводить отключающую
цепь к вспомогательным контактам на валу
выключателя, так как с отключением выключа-
теля прекращается и отключающий переменный
ток. Сигнализация действия 'защиты осуществ-
ляется блинкером, встроенным внутрь реле.
Он условно изображается квадратиком в верх-
ней левой части реле.
На фиг. 11,92 приведена схема защиты, подоб-
ная рассмотренной, но с питанием отключающей
катушки непосредственно от трансформатора.
При реле серии ИТ-80 ХЭМЗ схема приме-
нима для установок с вторичными токами, не
превышающими ~30 А.
На фиг. II, 93 приведена схема защиты в
двухфазном выполнении с двумя насыщающими-
ся промежуточными трансформаторами. При-
меняется при необходимости отключение пов-
|, |_||||,|„, bl!
реждений (двухфазных коротких замыканий)
за трансформаторами с .соединением обмоток
звезда-треугольник.
15. РАЗВЕРНУТЫЕ СХЕМЫ ЗАЩИТ
В последнее время широкое распростране-
ние (в частности для изображения защит) по-
лучили так называемые развернутые схемы,
называемые иногда коротко развертками.
Развернутые схемы составляются отдельно
для вторичных токовых цепей защиты, вторич-
ных цепей напряжения защиты и цепей опера-
тивного тока. Первичная схема коммутации
защищаемого элемента при этом совершенно
не показывается (в случае если развертка слу-
жит дополнением к основной трехлинейной
схеме) или изображается отдельно (при отсут-
75
Фиг. 11,92. Максимальная то-
ковая защита с ограниченно-
зависимой выдержкой времени
одним реле, включенным на
разность токов двух фаз с пи-
танием оперативной цепи не-
посредственно от трансформа-
торов тока.
Фиг. 11,93. Максимальная токовая защита
с ограниченно-зависимой выдержкой вре-
мени в двухфазном исполнении, работаю-
щая на переменном оперативном токе
получаемом от двух насыщающихся транс-
форматоров тока.
ствии трехлинейной схемы). Таким образом
реле, применяемые в схеме защиты, в целом
на развертках не показываются. Токовые об-
мотки основных реле, входящие в цепь вто-
ричного тока трансформаторов тока, изобра-
жаются на развертке токовых цепей. Контакты
тех же реле, а также контакты и обмотки
вспомогательных реле, входящие в цепь опе-
ративного тока, изображаются на развертке
цепей оперативного тока.
Обмотки и контакты реле на таких схемах,
как правило, маркируются. Буквенная часть
обозначения соответствует типу релейного
оборудования. Например, токовые реле обоз-
начаются ЭТ, ИТ, реле времени ЭВ, реле про-
межуточное ЭП, блинкеры ЭС и т. д. Если
реле одного типа устанавливаются в несколь-
ких фазах, последние отмечаются индексами
Л, В или С.
Трансформаторы тока и напряжения обозна-
чаются соответственно ТТ и ТН или даются
вообще без обозначений.
Отключающие и включающие катушки вы-
ключателей обозначаются через ОК и ВК,
контакты на их валу БК*
Рядом с буквенным обозначением данного
элемента обычно ставится номер позиции рас-
сматриваемого элемента на трехлинейной схеме
или в спецификации.
На фиг. 11,94 изображена в развернутом
виде схема максимальной токовой защиты с не-
зависимой характеристикой по фиг. 11,87; на
фиг. а—дана развертка ее токовых цепей, а
на фиг. б—развертка цепей оперативного тока.
Развернутые схемы защиты имеют следую-
щие основные преимущества перед „нормаль-
ными" трехлинейными схемами:
1) значительно облегчают чтение сложных
схем защит;
2) являются значительно более удобными
для контроля правильности схемы в отноше-
нии последовательности действия отдельных
элементов, отсутствия разного рода обходных
цепей оперативного тока, могущих приводить
к неправильным действиям защиты, и т. д.
76
3) требуют меньшего времени для Своего
изображения, особенно при сложны^ схемах.
16. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ
ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ
Максимальная токовая защита в рассмот-
ренном ее выполнении с точки зрения основных
требований, предъявляемых к любой защите
(см. введение), должна быть в случае установки
ее на линиях оценена следующим об-
разом.
1. Селективность действия.
Защита обеспечивает селективное от-
ключение повреждений по принципу
своего действия только в радиальных
сетях с односторонним питанием. При
этом под источниками питания в общем
случае необходимо понимать не только
генераторы, но также крупные уста-
новки с синхронными двигателями и
компенсаторами.
2. Быстрота действия. Защита,
как правило, даже при применении огра-
ниченно-зависимых реле со специально
подобранными характеристиками имеет весьма
большие выдержки. При атом необходимо
иметь в виду, что выдержки времени зависят
от числа последовательных участков в сети,
увеличиваясь по мере приближения к источ-
нику питания. Поэтому на головных участках,
где быстрое отключение повреждений с точки
зрения бесперебойной работы остальнойгчасти
системы особенно важно, защита работает
наиболее медленно, обусловливая для ряда
случаев совершенно недопустимые времена
отключения повреждений.
3. Чувствительность. Чувствитель-
ность защиты определяется ее ip. m, выбирае-
мым на 30—50% больше максимального рабо-
чего тока данной линии. Такая чувствитель-
нбсть защиты для высоковольтных линий, пов-
реждения на которых часто сопровождаются
значительными переходными сопротивлениями,
а также для сетей с сильно колеблющейся
генерирующей мощностью, в некоторых случа-
ях недостаточна,
4. Надежность. Защита по характеру ее
схемы и типам реле весьма проста и в доста-
точной степени надежна.
Приведенная оценка дает возможность оп-
ределить область применения защиты. В ка-
честве основной она устанавливается в распре-
делительных радиальных сетях напряжением
35 kV и ниже с одним генерирующим источни-
ком, когда обусловленные ей выдержки вре-
'мени являются допустимыми. Такое положение
может, например, быть даже в ответственной
сети, линии которой снабжены реакторами.
Получающиеся в этом случае остаточные на-
Фиг. 11,94. Развернутая схема максимальной токовой защиты
с независимой характеристикой по фиг.* Ц 78.
пряжения на шинах основных подстанций бы-
вают таковы, что выдержки' времени защиты
не могут, как правило, нарушить бесперебойной
работы неповрежденной части системы.
В указанных распределительных сетях дол-
жны, в частности, широко использоваться наи-
более простые и надежные схемы защиты — с
реле прямого действия и на оперативном пере-
менном токе.
'Х,
в данной линии имеет максимальное значение
/*2. По мере приближения точки F" к шинам
левой подстанции этот ток возрастает по кри-
вой 2. Для того чтобы защиты, установлен-
ные на данной линии, работали селективно,
их 1р%т должен быть взят больше токов 1К1 и
/*2„ рассчитанных для тех режимов "работы,
которые дают наибольшие их значения. В рас-
сматриваемом случае /*2>/*ь Поэтому с уче-
том kH одинаковый для
q защит обоих концов
линии ток трогания:
1р.т = кн /*2 ИЛИ
$w«r
ip.m = kH'-f. (11,61)
t k
ti A
Фмг. 11,95.. Диаграмма расчета максимальной
токовой защиты с отсечкой.
к
-*г
. ■,. Jfo»»,
'^4^'ham. *""
Фиг. 11,96. Комбинированная макси-
мальная токовая защита реактиро-
ванной линии, осуществленная по-
средством реле типа ИТ-81 ХЭМЗ.
17. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА С ОТСЕЧКОЙ
Максимальной токовой защитой
с отсечкой или просто токовой отсеч-
кой называют мгновенную максимальную токо-
вую защиту, селективность действия которой
по отношению к защитам смежных участков
достигается установкой соответствующего ip.m
(см. гл. II, § 1). Действие защиты на защищае-
мом участке обеспечивается тем, что величины
токов повреждения в линии определяются соп-
ротивлением от источников питания до места
повреждения, уменьшаясь с удалением послед-
него. Поэтому в ряде случаев удается выб-
рать ip.m защиты так, что, работая при замы-
каниях на данном участке, она не действует
при замыканиях вне его за счет уменьшенных
значений токов в обмотках реле.
Принцип действия защиты рассмотрен на
фиг. 11,95 для линии, имеющей генерирующие
источники с обеих сторон. При коротком за-
мыкании в точке Fr у шин левой подстанции
на одной из соседних линий ток в данной линии
имеет максимальное значение. При переходе
точки замыкания F' на рассматриваемую линию
и по мере приближения ее к правой подстан-
ции ток возрастает по кривой /. При коротком
замыкании в точке F" у шин правой подстан-
ции, также на одной из соседних линий, ток
Защищаемые зоны
определяются абсцис-
сами точек пересече-
ния кривых / и 2 с
прямой 1р. т. Как сле-
дует из фиг. 11,95,
* защита, установленная
•5$ на левой подстанции,
^ защищает прилегаю-
щую к ней часть Lx
линии, защита правой
подстанции — часть L2
линии. В данном част-
ном случае при повре-
ждениях, расположен-
ных в средней части линии на длине L—Lx—L^
ни одна из защит не действует.
Необходимо отметить, что при практиче-
ских расчетах защищаемых зон должны быть
рассмотрены не только режимы, дающие мак-
симальные значения токов короткого замыка-
ния, но также нормальные, а в некоторых слу-
чаях и минимальные.
На фиг. 11,96 приведен частный случай ис-
пользования отсечки при защите радиальных
реактированных линий посредством реле с
ограниченно-зависимой характеристикой типа
ИТ-81 ХЭМЗ (см. гл. И, § 9), имеющих приспо-
собление для осуществления отсечки, начиная
с двухкратного 1Р. т\ При принятом выполнении
защиты наиболее тяжелые для системы по-
вреждения между выключателем и реактором
(точка F') и в первых витках последнего, со-
провождающиеся сильной посадкой напряже-
ния, отключаются мгновенно. При значительно
менее опасных повреждениях за реактором
(точка F") защита работает в зависимой или
независимой части характеристики, обеспечи-
вающей селективность по отношению.к после-
дующим участкам.
Такое использование отсечки возможно
только при выключателях, рассчитанных на
отключение токов короткого замыкания до
реактора,
77
В системах с малыми токами замыкания на
землю (компенсированных, заземленных через
высокоомные активные сопротивления или
имеющих изолированную точку) Ip. m выбира-
ется, исходя из расчета трехфазных метал-
лических коротких замыканий. Это вызывается
тем обстоятельством, что начальные токи при
данном виде повреждения имеют, как правило,
наибольшие значения. В системах с наглухо
заземленной нулевой точкой токи при одно-
фазных и двухфазных замыканиях на землю
могут быть больше токов трехфазного корот-
Ток/в, появляющийся во вторичной обмотке трансфор
матора тока, определяется подстановкой значения tH
выражению (11,48) в уравнение (11,47):
по
ie = — sin о sin (о>* — Ь) l'm + cos* Ь l'm e
MD2 —
Тр2
~"ТГ i Tpi
-т^тпг-ш- '»+ts^5-':« m- <1Ш)
Отдельные слагающие в выражении (11,62) означают
следующее:
1. Первый член представляет собой периодическую
составляющую первичного тока, которая получается рас-
пределением /' cosw/ между шунтом намагничивания
m и вторичной обмоткой
трансформатора. По-
скольку прк отсутствии
насыщения магнитопро-
вода на намагничивание
идёт незначительный
ток, рассматриваемая
слагающая по величине
близка к приведенному
значению периодической
слагающей l'm первично-
го тока.
imsin8sin(i»t-d)
mT -Т
sin 8 sin(<$)t-6U~4=e
W
Ь-^ +
Ъ
tD21
Фиг. 11,97. Диаграмма
зависимости мгновенных
значений вторичного то-
ка и его составляющих
в трансформаторе тока
при переходном процес-
се (при построении при-
нято 7/)!= 0,1 сек.; TD2=
=1 сек.; Im = 1).
кого замыкания. Поэтому "для сетей этого типа
расчетный вид повреждения приходится уста-
навливать путем вычисления токов для разных
видов короткого замыкания наиболее тяжелых,
но реальных в эксплуатации режимов работы
системы. В этих случаях иногда для защиты
от замыканий на землю более целесообразно
использовать токовые отсечки нулевой пос-
ледовательности (см. также гл. II, § 18).
При выборе Ip.m рассматриваемой мгновен-
ной защиты, работающей практически с време-
нем действия, не превосходящим нескольких
периодов, приходится учитывать апериодичес-
кую слагающую первичного тока повреждения
и свободные апериодические слагающие токов,
возникающих во вторичных цепях защиты в мо-
мент появления повреждения.
Предположим, что повреждение произошло в момент
прохождения периодической слагающей тока короткого
замыкания через максимум. В этом случае (см. гл. II, § 11)
первичный тек, имеющий периодическую iv и апериоди-
ческую iD слагающие, выражается следующим образом:
__ t
:Imcosat-Ime
lD\
2. Третий член выражения представляет собой вынуж-'
денную апериодическую слагающую, получающуюся от
распределения апериодической слагающей первичного
тока между шунтом намагничивания и вторичной цепью.
Это распределение происходит в соответствии с постоян-
ными времени Тщ системы и 7/>2 вторичной цепи транс-
форматора тока [см. выражение (11,49)]. Вынужденная
апериодическая составляющая затухает в соответствии
с постоянной времени первичной цепи Г^.
3. Вторичная цепь трансформатора тока, в которой
имеет место ток ie и которая была положена в основу
для определения его величины, содержит только актив-
ные сопротивления вторичной обмотки трансформатора
гв и нагрузки (в виде реле) гнагр. Поэтому периодическая
и вынужденная апериодическая составляющие появляются
в реле мгновенно и не вызывают возникновения каких-
либо свободных апериодических составляющих.
4. Второй и четвертый члены обусловлены свободными
апериодическими составляющими, возникающими в связи
с невозможностью мгновенного появления токов в шунте
намагничивания, имеющем индуктивность Ьнам [см. также
второй и четвертый члены выражения (11,48) для тока
намагничивания iHaM]» Эти свободные составляющие шун-
та намагничивания замыкаются через реле и таким об-
разом влияют на величину вторичного тока.
Угол 8 близок к 9о°. Поэтому второй член (11,62)
весьма мал и им можно пренебречь. С учетом указанного
допущения на фиг. II, 97 показано изменение полной ве-
личины 1в и его основных составляющих в функции вре-
мени.
78
Эффективное значение* тока ie, существующего в тече-
ние л периодов продолжительностью Т каждый, состав-
ляет
1е.п=У^т/ПТ('^
(11,63)
На основании проведенного рассмотрения можно сде-
лать следующие выводы:
1) за счет наличия апериодической составляющей в
первичном токе короткого замыкания как мгновенные,
так и эффективные (за несколько периодов) значения
токов в реле могут превосходить соответствующие зна-
чения периодической составляющей; это необходимо
учитывать при выборе уставок быстродействующих за-
щит, в частности рассматриваемой токовой отсечки.
2) при применении более мощных и точно работающих
трансформаторов тока, имеющих, следовательно, большие
значения постоянной времени, во вторичных обмотках
трансформаторов тока и реле могут иметь место при
переходных процессах относительно большие /в.
Выбор Ip.m максимальных токов защит с от"
сечкой производят обычно, исходя из эффек"
тивного значения периодической слагающей
тока повреждения за первый полупериод.
Наличие апериодических слагающих, а также
повышенных токов при несимметричных трех-
фазных замыканиях (гл. I, § 2) учитывается со-
ответствующей величиной kH (11,61), который
на основании эксплоатационных данных прини-
мается равным 1,2—1,5. Такие kH в ряде случаев
оказываются также достаточными для предот-
вращения неправильного действия защиты
при качаниях. Однако иногда для этой цели
приходится kH дополнительно повышать.
Поведение максимальной токовой защиты
при качаниях показано NHa фиг. II, 98, где обо-
значают: ip — ток через реле максимального тока
при качаниях; ip. m — ток трогания защиты с
независимой характеристикой; ip, в — ток воз-
врата той же защиты; tp — продолжительность
действия защиты при качаниях.
Если время tp окажется больше времени
срабатывания защиты, она сработает и отклю-
чит неповрежденную линию.
Максимальные токовые отсечки работают
без выдержки времени, поэтому их отстройка
от токов при качаниях должна производиться,
как указывалось выше, выбором соответствую-
щего ip.m, большего, чем ip. Максимальные же
токовые защиты нормального выполнения или
снабженные элементами направления мощности
(см. гл. III), как правило, имеют выдержки
времени больше tpy поэтому они в течение
одного цикла качаний сработать не успевают
и при каждом новом цикле при быстром воз-
врате реле начинают отсчет выдержек времени
с нуля, так что при качаниях даже без всякой
дополнительной регулировки они не действуют.
В настоящее время для защиты от перена-
пряжений линий высокого напряжения, пол-
ностью не покрытых тросами, применяются
деионные (трубчатые) разрядники. Нормальное
время действия деионных разрядников при-
мерно составляет около полпериода рабоче
частоты. При этом необходимо считаться с воз-
можностью многократного действия разрядни-
ков с интервалами порядка одного периода и
выше, а также с затяжкой в некоторых случаях
времени их работы до одного-полутора пе-
риодов.
Одновременное действие деионных разряд-
ников на двух или трех фазах в системах лк>
I
Фиг. 11,98. Диаграмма работы максимальной токовой за-
щиты при качаниях.
Фиг. 11,99. Схема максимальной токовой защиты с отсечкой.
бого типа и действие их даже на одной фазе
в системах с наглухо заземленными нулевыми
точками вызывают возникновение на линии на
все время работы ее разрядников искусствен-
ного короткого замыкания, сопровождающегося
соответствующими токами повреждения. Вре-
мена действия мгновенных токовых реле типа
ЭТ-60 (см. гл. II, § 6), применяемых обычно для
осуществления защит с отсечкой, составляют
при двухкратном (от тока трогания) токе в реле
примерно один-полтора периода, понижаясь при
больших кратностях до полпериода-одного пе-
риода. Таким образом времена действия мгно-
венных токовых реле оказываются того же
порядка, что и время работы деионных разряд-
ников. Поэтому для предотвращения непра-
вильного действия защиты при работе разряд-
ников приходится несколько повышать время ее
действия. Это осуществляется включением в схе-
му (фиг. II, 99) выходного промежуточного реле 2,
79
собственное время которого, колеблющееся в
зависимости от конструкции и регулирования
в пределах двух—четырех периодов, оказыва-
ется достаточным для обеспечения правильного
действия схемы. Эта дополнительная выдержка
времени снижает также влияние апериодиче-
ских слагающих на работу защиты.
Приведенное решение вопроса о координации
действия мгновенных защит и разрядников яв-
ляется принципиально несовершенным, вызы-
вающим искусственное увеличение времен от-
ключения повреждений. Однако на настоящий
день для линий с деионными разрядниками нет
других более совершенных решений данной
проблемы.
На основании рассмотрения принципа дей-
ствия максимальной токовой защиты с отсечкой
можно сделать следующие выводы:
1) защита по принципу действия пригодна
к установке на линиях в сети любой конфигу-
рации с любым числом источников питания,
однако в ряде случаев соотношение между
токами при внутренних и сквозных замыканиях
может быть таково, что практически защита
окажется неосуществимой;
2) защищаемая зона, составляющая только
часть длины участка, сильно колеблется в за-
висимости от величин токов повреждения; в
связи с этим, например, при замыканиях через
значительные Rn защищаемая зона может сни-
жаться до нуля;
3) основным достоинством защиты является
то, что она обеспечивает быстрое отключение
повреждений вблизи шин подстанций, наиболее
опасных для работы системы.
Поэтому максимальная токовая защита с
отсечкой, как правило, применяется с успехом
как вспомогательная для сокращения времен
отключения повреждений или для отключения
повреждений, расположенных в так называемых
мертвых зонах основных защит, имеющих ор-
ганы направления мощности (см. гл. III).
Однако в некоторых частных случаях защи-
та может быть и основной, например, на ра-
диальной линии, питающей понижающий транс-
форматор. В этом случае можно допустить ее
действие при повреждениях в трансформаторе
и за счет этого выполнить охватывающей всю
длину защищаемого участка.
18. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ СЕТ^Й С НАГЛУХО
ЗАЗЕМЛЕННОЙ НУЛЕВОЙ ТОЧКОЙ
Максимальная токовая защита нулевой по-
следовательности осуществляется посредством
реле, включаемого на фильтр токов нулевой
последовательности. Для сетей с наглухо за-
земленными нулевыми точками, к которым
в СССР относятся преимущественно воздушные
80
сети напряжением 110 kV и выше, фильтры
токов нулевой последовательности осущест-
вляются тремя трансформаторами тока, соеди-
ненными в чистую или комбинированную схему
Гольмгрина (фиг. 11,55, 11,57 и 11,58).
Принцип действия защиты рассмотрен на
примере применения ее для радиальной сети
с нулевой точкой, наглухо заземленной только
со стороны источника питания (фиг. II, 100).
При повреждениях любого вида на стороне
Фиг. 11,100. Комбинированная максимальная токовая за-
щита радиальной сети с наглухо заземленной нулевой
точкой. Заштрихованная площадь показывает сокращение
выдержек времени за счет применения защиты нулевой
последовательности.
низшего напряжения понижающего трансфор-
матора, соединяющего шины подстанции С и
5, с питающей стороны токов нулевой после-
довательности, быть не может. Поэтому вы-
держки времени защит нулевой последователь-
ности, устанавливаемых в сети со стороны
питания, могут выбираться совершенно незави-
симо от установок защит в приемной системе
более низкого напряжения.
Выбор выдержек времени следует начинать
с защиты элемента, наиболее удаленного от
источника питания, т. е. с понижающего транс-
форматора. Выдержка времени t3a его защиты
За может быть взята минимальной и поэтому
определится собственным временем действия
t0 входящих в схему мгновенных реле. Вы-
держка времени t4a защиты 4а, установленной
на питающей линии со стороны подстанции Д
согласно ступенчатому принципу должна быть
на степень At больше выдержки tZa.
ip. m защиты, включенной на фильтр токов
нулевой последовательности, не зависят непо-
средственно от величин рабочих токов и опре-
деляются только 1нб%
Ток tp.mSa мгновенной защиты За для обеспечения ее
селективности действия должен быть больше iH6ma в ре-
ле при коротком замыкании в системе низкого напряже-
ния защищаемого трансформатора.Ток 1р.т\а защиты 4а
должен быть больше iH6max (с учетом его затухания в
течение времени tia)t замыкающегося через нее при корот-
ких замыканиях между фазами вне участка DC, отключа-
емых с временем, не меньшим, чем t4a. Очевидно, в дан-
ном случае за расчетное следует принять междуфазное
короткое замыкание на высоковольтных втулках понижаю-
щего трансформатора, так как оно отключается с вы-
держкой времени tZa, большей t4a, и обусловливает для
рассматриваемой защиты максимальные токи сквозного
короткого, а следовательно, и *Я£тах,
Обычно встречающиеся на практике устагг-
ки ip.m составляют примерно 20 — 80% но-
минальных токов трансформаторов тока. Необ-
ходимо отметить, что при определении ip. m
мгновенных защит (например, За) следует учи-
тывать также толчки 4<ь которые могут до-
стигать значительных величин при включениях
трансформаторов под напряжение за счет боль-
ших переходных значений их 'нам*
I ПН
Фиг. 11,101. Максимальная токовая защита нулевой по-
следовательности с независимой характеристикой.
При наличии на понизительной подстанции
только одного трансформатора защиту Аа на
питающей линии можно, как и защиту За, сде-
лать мгновенной. Однако с точки зрения экс-
плоатации при повреждении в понижающем
трансформаторе отключение на подстанции D
без одновременного отключения выключателя
на подстанции С нежелательно или даже не-
допустимо (затрудняется обратное быстрое
включение линии под напряжение). Такой слу-
чай мог произойти за счет неодинаковых соб-
ственных времен защит и выключателей под^
станции D и С. Поэтому такое решение при-
меняется при условии выполнения вышеука-
занного требования эксплоатации, часто оказы-
вающегося осуществленным автоматически при
учете собственного времени действия выклю-
чателя подстанции С.
На фиг. 11,101 показана схема защиты с не-
зависимой характеристикой выдержки времени.
Из приведенных выше соображений и диа-
граммы фиг. 11,100 следует, что основными
преимуществами защиты по сравнению с нор-
мальной являются ее меньшие выдержки вре-
мени и повышенная чувствительность. Однако
она действует только при замыканиях на зем-
6 Релейная защита
лю. Учитывая, что в СССР нулевые точки за-
земляются наглухо преимущественно только
в системах 110 kV и выше, требующих весьма
быстррй ликвидации повреждений, рассмотрен-
ная защита в качестве основной может быть
рекомендована только на тупиковых участках,
где она может быть выполнена с малыми вы-
держками времени. Дополненная органами на-
правления мощности нулевой последователь-
ности (см. гл. Ill) защита эта применяется также
для сетей более сложной конфигурации,
19. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ СЕТЕЙ С МАЛЫМИ
ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
В системах с малыми токами замыкания на
землю (заземленных через высокоомные сопро-
тивления) для осуществления защит от одно-
фазных замыканий на землю используются схе-
мы с фильтрами нулевой последовательности.
Фиг. 11,102. Радиальная сеть с нулевой точкой, заземлен-
ной через высокоомные сопротивления.
В радиальных сетях с одним генерирующим
источником токов нулевой последовательности
для защит от замыканий на землю стремятся
использовать максимальную токовую защиту
нулевой последовательности.
При осуществлении этой защиты приходит-
ся учитывать ряд специфических явлений, не
учитываемых в сетях с наглухо заземленными
нулевыми точками и связанных с тем, что
в рассматриваемом случае вторичные значения
токов повреждения оказываются очень малы-
ми и потому, соизмеримыми с величинами ы
схемы Гольмгрина.
Принцип действия защиты и специфические
условия выбора ее параметров рассматриваются
на фиг. II, 102. Для осуществления защиты ис-
пользуется схема Гольмгрина (фиг. И, 101). За-
щита предполагается действующей на отклю-
чение.
Ток трогания защиты. Как и для всякой
максимальной токовой защиты, рассмотрение
следует начинать с защиты, установленной на
элементе, наиболее удаленном от источника
токов нулевой последовательности, на пони-
жающем трансформаторе подстанции В.
Однофазные замыкания на землю в распре-
делительной сети низшего напряжения под-
81
станции В (точка F'), связанной с рассматри-
ваемой сетью магнитно, на зашиту, установлен-
ную с питаюшей стороны трансформатора,
влиять, очевидно, не могут.
i m зашиты трансформатора для обеспече-
чения ее селективной работы должен быть
выше 1иб- Для повышения чувствительности за-
щиты за расчетный принимается ^^соответ-
ствующий максимальному рабочему току транс-
форматора. От повышенных токов небаланса
при сквозных многофазных замыканиях защита
может отстраиваться различными способами,
например, выдержкой времени. Тогда
£..>^.,> £•£*,, №64)
где &^> 1(=^ 1,25) учитывает ошибку реле и за-
пас.
г" защиты, установленной на питающей
линии со стороны подстанции Л, в общем слу-
чае должен выбираться, исходя уже из других,
более тяжелых для селективности условий.
Основным из них является то условие, что
защита не должна действовать при металли-
ческих замыканиях на землю, например, в точ-
ке F" на других линиях, отходящих от шин
подстанции А. В этом случае ток через реле
состоит из i"H6 p, обусловленного максимальным
рабочим током линии, и емкостного тока ic,
определяемого емкостью С линии АВ по от-
ношению к земле.
Для расчета принимается наименее благо-
приятное с точки зрения селективности на-
правление вектора i'rh6 p— совпадение его по
фазе с ic. Тогда
причем ke вводится в соотношения (11,64) и
(11,65) в тех случаях, когда хотят обеспечить
селективную работу защиты при наличии од-
нофазного замыкания в точке F"\ сопровож-
дающегося одновременным сквозным многофаз-
ным замыканием, обусловливающим за счет
больших значений iH6 приведение на некоторое
время рассматриваемой защиты в действие.
Очевидно, что в сетях, имеющих на большин-
стве своих элементов защиты от однофазных
замыканий на землю, действующие на отклю-
чение, такое совпадение маловероятно. В та-
ких случаях ke в (II, 64) и (II, 65) может не учи-
тываться. В сетях, где помимо данной линии
с защитой, действующей на отключение, имеет-
ся значительное количество элементов с защи-
тами от однофазных замыканий, работающими
на сигнал, учет рассматриваемого совпадения
более вероятен. Поэтому в таких случаях ke
следует учитывать, что и сделано в (11,64)
и (11,65).
82
Второе условие для выбора ipm определяется еле*
дующими соображениями. При неполном замыкании на
землю в понижающем трансформаторе подстанции В, ха-
рактеризуемом небольшим коэфициентом b полноты за-
мыкания на землю (отношение 13 к /зшах, соответствую-
щему случаю металлического замыкания) его защита мо-
жет отказать в действии благодаря недостаточной вели-
чине тока через реле. Это произойдет при более значи-
тельных коэфициентах полноты замыкания на землю,
если iu6t p имеет наименее выгодное направление с точки
зрения чувствительности защиты — противоположен по»
фазе 13. Аналитически предельным соотношением, при
котором зашита трансформатора может еще подейство-
вать, является следующее:
*з-к"н-*'иб.р'а'*-*р.т* О1'66)
где коэфициент запаса k"H и коэфициент k, учитывающий
ошибку в токе трогания реле, оба больше единицы. Они
учитывают возмежное дополнительное загрубление защи-
ты и ее отказ при больших значениях коэфициента пол-
ноты Ъ.
В то же самое время i'H6%p защиты, установленной со
стороны подстанции Л, как имеющий произвольное на-
правление, может оказаться совпадающим по фазе
с i"a% замыкающимся через ее реле. Чувствительность за-
щиты окажется при этом как бы повышенной, и она
в некоторых случаях сможет подействовать даже при
отказе защиты, установленной на понижающем транс-
форматоре.
, Если действие защиты на подстанции А при отказе
таковой на подстанции В за счет недостаточной чувстви-
тельности нежелательно, то необходимо i' т выбрать с
учетом уравнения, характеризующего ее отказ в дейст-
вии в рассматриваемом случае:
•" i и." •" р* т m С7\
*а+кн*н6.р = —/Г"* (П^7)
Это приводит к дополнительному как бы повышению
чувствительности защиты подстанции Л.
i"p m определяется совместным решением (11,66) и
(11,67), принимая во внимание, что i3 ff. i3 равны одному
и тому же первичному току, деленному на пт и пт:
*р.т=*кн'к[ %б.Р+-*-*нб.р) + *iF~9bm- №68)
Уставка i'm защиты линии на подстанции А прини-
мается по большему из значений, получаемых из (11,65)
и (11,68).
Согласование защит с учетом второго условия для
выбора i" m (11,68) приводит в ряде случаев к сильному
загрублению защит по мере приближения места их уста-
новки к источнику питания. Необходимо учесть, что
в основу рассуждений было положено практически мало
вероятное действие /H<j у двух смежных защит в прямо-
. противоположные стороны.
Поэтому приведенный способ расчета может явиться
целесообразным, например, для воздушных сетей, в ко
торых за счет возможных больших Rn вероятны повреж-
дения с малым коэфициентом прлноты, приводящим к от-
казу защит в действии.
В кабельных сетях замыкания на землю обычно ха-
рактеризуются коэфициентами полноты, которые возмож-
но учесть в расчетах, обеспечив удовлетворительную се-
лективность защиты без учета второго условия для вы-
б°Ра ip.m-
Однако при этом необходимо обратить внимание на
то, чтобы предыдущая защита была не более чувстви-
тельна, чем последующая.
1нб при рабочих токах в схеме Гольмгрина
весьма малы, они измеряются сотыми долями
ампера. Емкостные токи замыкания на землю
каждого луча в сети также в ряде случаев
невелики. Поэтому ip. m рассматриваемой защи-
ты, определенные по (11,64), (11,65) и (11,66),
составляют обычно десятые или даже сотые
доли ампера. Реле такой высокой чувствитель-
ности имеют большие сопротивления токовых,
обмоток. Так, например, реле серии ЭТ-60
(см. гл. II, § 6), обладающее по сравнению
с другими ничтожной потребляемой мощностью
РР ^ 0,1 VA при ip. m min =0,05 А, имеет сопро-
тивление zp=-
p. m mm
0,1
==40Q. Такие со-
I ^ -~~-\-06мотка
противления обусловливают недопустимые на-
грузки на трансформаторы тока, которые начи-
нают работать с повышенными пт за счет
больших 1Нам понижающих i. Кроме того зна-
чительная часть i направляется не через реле,
а через вторичные обмотки трансформаторов
тока здоровых фаз, обусловливая явление так
называемого отсоса. В результате чувстви-
тельность защиты в целом, характеризуемая
минимальным коэфициентом полноты замыка-
ния на землю &min, при котором она действует
в системе, имеющей/3 max, окажется даже мень-
шей, чем при более грубых реле, но имеющих
меньшее сопротивление.
Сравнительные расчеты показывают, что
в большинстве случаев прги пользований точ-
~ ными трансформаторами
/*~^\ тока целесообразно при-
f т о\ менять реле серии ЭТ-60
С ip.m min ^ ОТ 0,1 ДО
0,15 А.
Реле такой высокой
чувствительности имеют
в нормальном выполне-
нии небольшую тер-
мическую устойчивость
(односекундный ток 40—
50 А), поэтому при двой-
ных замыканиях на зем-
лю, сопровождающихся
появлением в нулевом
проводе полных токов
повреждения (фиг. II, 45),
они могут гореть. Для
предотвращения этого ХЭМЗ выпускает специ-
альную устойчивую модификацию реле серии
ЭТ-60 с встроенным быстро насыщающимся
трансформатором тока (фиг. II, 103).
Учет отсосов в схеме Гольмгрина [Л. б].
Исходя из схемы замещения трансформатора
тока (фиг. 11,56), можно представить схему
6*
Ima/v*
w
реле
Насыщ,
трансфор-
матор
Но вторичной
обмотке тр-р$ >
тока
Фиг, 11,103. Принципи-
альная схема термически
устойчивого реле серии
ЭТ-60 ХЭМЗ.
Гольмгрина, как показано на фиг. И, 104.
Предположим, что замыкание произошло на
фазе А линии, работавшей вхолостую. В пер-
вичной обмотке трансформатора ток Г3 равен
первичному току, приведенному к числу вит-
ков вторичной обмотки. Ток i'3 во вторичной
обмотке трансформатора тока фазы А меньше
первичного на ток намагничивания 1Нам'-
i'3 = I3-iHClM. (11,69)
ip — в токовой обмотке реле меньше V3 на
величину 2iomc> замыкающихся мимо реле че-
рез вторичные обмотки трансформаторов тока
фаз В и С:
lp*=sl3 — 2lomc:===^3 — [}нам "т" ^omcj* (II»7U)
hnaif^
ГншГ^д'
lomc
снагр '
lomc
Фиг.11,104. Полная схема замещения фильтра токов ну-
левой последовательности, выполненного посредством
схемы Гольмгрина.
Фиг. 11,105. Упрощен-
ная схема замещения
фильтра токов нуле-
вой последовательно-
сти.
При определении ip обычно пренебрегают
сопротивлением вторичной обмотки трансфор-
маторов Ze по сравнению с импедансом ZHaM
ответвления намагничивания. В этом случае соп-
ротивление ZHaM фазы А приравнивается соп-
ротивлениям ZQ-\-ZHaM фаз В и С, которые
называются полными сопротивлениями вторич-
ной обмотки трансформаторов на холостом
ходу и обозначаются через Zx.x. Как следст-
вие этогб 1нам фазы А оказывается равным iomc
в фазах В и С. Принимая во внимание указан-
ные допущения, можно написать следующие
соотношения (фиг. 11,105):
1р — / з olomc
и i.Z —i -Z
Ьр £*нагр — iomc ^x. x,
откуда z
';-1 ^ V."
\ ZHazp + з ^х. х /
-0—п)-13--
4 и Пт
(
(11,71)
(11,72)
(И.73)
83
Коэфициент 7] = •
Zp-\- «, zx
называется
коэфициентом отсоса, так как характе-
ризует ту часть Г3, которая замыкается мимо
реле через ответвление намагничивания транс-
форматора поврежденной фазы и полные со-
противления вторичных обмоток трансформа-
торов здоровых фаз. При практических расче-
тах можно без большой ошибки заменить комп-
лексные значения сопротивлений в выражении
для т] их модулями. Из соотношения (II, 73)
видно, что при сопротивлениях обмоток ре-
ле zHazp, соизмеримых с сопротивлениями транс-
форматоров тока, значительная часть тока
повреждения может шунтироваться трансфор-
маторами тока, понижая чувствительность за-
щиты. Это явление в частности приходится
учитывать и в рассматриваемой токовой защи-
те нулевой последовательности, осуществляе-
мой посредством реле с малыми ip. m , имеющих,
следовательно, большие сопротивления.
Импедансы холостого хода zx.x трансфор-
маторов тока зависят от их конструктивных
параметров и качества примененной стали. Од-
нако все они имеют примерно одинаковую за-
висимость от Вт, существующей в магнито-
проводе при данном режиме работы трансфор-
матора. Принимая во внимание, что индуктив-
ность тем больше, чем относительно большая
Вт создается данным 1нам или AWyd, эта зависи-
мость выражается так:
•—k-^' (»>74>
Если бы индукция была прямо пропорцио-
нальна ампервиткам намагничивания, то импе-
данс zx.x трансформатора был бы постоянной
величиной. Однако, как известно, указанная за-
висимость криволинейна (фиг. II, 59), причем до
начала насыщения индукция растет быстрее,
чем iHaM. Поэтому и импеданс трансформаторов
тока до начала насыщения магнитопровода воз-
растает. Для рассматриваемой защиты важно
знать импеданс трансформатора при неболь-
ших напряжениях
u = ip.m-2p (И, 75)
на зажимах вторичных обмоток, имеющих мес«
то при соответствующих ip,m.
При этих напряжениях трансформаторы то-
ка работают в ненасыщенной части характе-
ристики и их импеданс может быть выражен
аналитически, учитывая, что Вт пропорцио-
нальна индуктируемому ей напряжению и. Дей-
ствительно, из соотношения (II, 42) получаем
AW
уд'-
-f(k^-
■ 0,7) я £4ц(0,6- 0,7) 9
откуда, принимая во внимание соотноше-
ние (11,75), получим следующее выражение для
импеданса холостого хода трансформатора
тока:
^\.ы^-^=л-"(0'*~0,?)- (П'76)
^х. X ^
Коэфициенты А, зависящие от конструктив-
ных данных трансформаторов, даются заводами-
поставщиками.
Выше рассматривались импедансы транс-
форматоров тока для случая их работы на хо-
лостом ходу. Импедансы трансформаторов
тока, находящихся под нагрузкой вторичным
ТОКОМ 1нагр >
в той же области их работы (до
наступления насыщения магнитопровода) могут
быть определены по той же формуле (11,76),
что и для холостого хода, если в нее вместо
напряжения подставить индуктируемую во вто-
ричной обмотке э. д. с.
Е, zn U -j~ 1нагр * £в =5г 1ра тс*р -р 1нагр'^в* (И> 77)
Импедансы трансформаторов тока под на-
грузкой могут быть как больше, так и мень-
ше импедансов холостого хода. Для макси-
мальной токовой защиты нулевой последова-
тельности г) определяютея обычно по импе-
дансам холостого хода.
Определение токов замыкания на землю,
необходимых для действия защиты. Для того
чтобы более грубая защита, установленная на
питающей линии ср стороны подстанции Л,
подействовала при расчетном коэфициенте прл-
ноты замыкания на землю bPi необходимо вы-
полнение следующего условия чувствитель-
ности:
Расчетным для чувствительности является
случай замыкания на землю линии, когда она
загружена максимальным рабочим током. При
этом через реле помимо 13 замыкается iH6.p,
который принимается направленным в сторону,
наименее благоприятную с точки зрения чув-
ствительности—противоположно /3. Учитывая
это условие и соотношение (11,73), можно на-
писать уравнение чувствительности в следую-
щем виде:
пт
Решая его, находим максимальное значение
искусственного /5, необходимого для надеж-
ной работы защиты (без учета естественного
емкостного тока сети):
Iз max -—•
_{1р.т+1нб.р)-пт
bp{l-Tl")
(II, 79)
84
При большом числе последовательных участков в сети
и при высоких пт трансформаторов тока искусственно
создаваемые /зтах получаются в некоторых случаях
весьма значительными, д<ходящими до величин, больших
допустимых 50— )80 А 'см. гл. I и гл. VII). Такие токи
оказываются нежелательными по ряду причин. В кабель-
ных сетях они могут привести к переходу однофазного
замыкания в междуфазное »за счет выжигания междуфаз-
ной изоляции), прежде чем сработает защита от замыка-
ний ка землю п< врежленгой линии. При пробое на кор-
пус генераторов и двигателей, работающих в сети, мо-
жет быть значительно повреждена вольтовой дугой сталь
их статоров. /зтах в таких случаях MOiyT быть иногда
снижены также при сохранении согласования чувстви-
тельностей защит по уравнению (11,68). Для того чтобы
боты автоматически выводится из действия, на-
пример, посредством снятия с нее постоянного
тока. В этом случае защита на трансформаторе
выполняется, как для первой ступени, без вы-
держки времени и работает с собственным
временем t0 ее мгновеннодействующих реле.
Защита на линии со стороны подстанции А
должна иметь выдержку времени на ступень Д£
больше предыдущей, т. е. равную t0-\-At.
Автоматическое выведение защит из дей-
ствия может производиться, например, при
использовании для защиты от междуфазных
На реле времени
или сигнал (при
работе защиты
' только на
сигнал)
Фиг. 11,106. Максимальная токовая защита
нулевой последовательности с блокировкой
от реле максимального напряжения.
обеспечить в этом случае селективность действия защит
при малых коэфициентах полноты, определяющих (П»68),
схемы снабжаются блокировкой [Л. 6] от реле М1ксималь-
ного .напряжения 3 (фиг. 11,106), включенного на фильтр
напряжений нулевой последонательности. Напряжение
трогания реле ир т выбирается при этом так, чтобы оно
не приходило в действие при коэфициентах полноты
меньше расчетного Ьр. Для этого при коэфициенте на-
дежности kH^>\ и максимально возможном напряжении
на зажимах реле иртах
ир.т = кн'Ьр*»рты'
(11,80)
Указанные реле напряжения необходимы также для
предотвращения неправильного действия защит в тех
случаях, когда на нагруженных линиях могут произво-
диться переключения однофазными разъединителями, на-
пример, на другую параллельно подключенную ли-
нию (фиг. 11,61;.
Выдержки времени защиты. Выдержки вре-
мени защит выбираютсялю ступенчатому прин-
ципу. Минимальная выдержка времени устанав-
ливается на последней ступени сети данного
напряжения, считая от источника питания,
в рассматриваемом случае — на понижающем
трансформаторе подстанции В (фиг. 11,102).
Величина минимальной выдержки времени
защиты в сети имеет два следующих принци-
пиально различных способа выбора:
1. Защита при сквозных коротких замыка-
ниях для предотвращения ее неправильной ра-
Фиг. 11,107. Устройство для автоматического выведения
токовой защиты нулевой последовательности из действия
при сквозных коротких замыканиях посредством токовых
реле между фазной защиты.
замыканий реле типа ЭТ-60 посредством при-
ключения цепи постоянного тока к их до-
полнительным нормально замкнутым контак-
там (фиг. II, 107).
2. Защита отстраивается от больших гНб при
сквозных коротких замыканиях посредством
подбора соответствующих выдержек времени
на реле времени.
При защите от многофазных замыканий,
выполненной с независимыми характеристика-
ми, выдержки времени защиты от замыканий
на землю должны выбираться равными или не-
сколько большими выдержек времени между-
фазных защит на том же элементе.
Значительно сложнее выбирать выдержки времени
защиты от замыканий на землю в том случае, когда меж-
дуфазные защиты имеют ограниченно-зависимые характе-
ристики. Их независимая часть наступает, например,
у реле типа ИТ-81 ХЭМЗ при 5 — Ыр т. Поэтому при
согласовании выдержек времени в независимой части
характеристики междуфазной защиты пришлось бы в ра-
счетах учитывать iH6.p, соответствующие не максималь-
ному рабочему току, а току, при котором производится со-
гласование. Такой способ к применению не рекомендует-
ся, так как обусловливает сильное загрубление защиты.
Для получения защиты той же чувствительности, что
и для случая применения независимых характеристик,
было бы необходимо согласовывать выдержки времени при
токе, равном току трогания междуфазной защиты. Ука-
занный способ также не может быть рекомендован, так
85
как при нем получаются неприемлемо большие выдержки
времени защиты от замыканий на землю.
Поэтому обычно применяется промежуточное реше-
ние, по которому согласование выдержек времени про-
изводится при токах, равных примерно трехкратному от
тока трогания междуфазной защиты.
В заключение необходимо отметить, что
для защит от замыканий на землю в системах
с малыми токами практически обычно не пред-
ставляется возможным использовать реле с ог-
раниченно-зависимой характеристикой. Объяс-
няется это тем, что указанные реле сущест-
вующих конструкций потребляют мощность,
во много раз большую, чем электромагнитные
реле без выдержки времени типа ЭТ-60 ХЭМЗ.
Так, например, при конструкции с потреблением
мощности в 5 VA реле с ip.m=0,\ А имело бы
сопротивление обмотки в трщ=500 2 и коэфи-
циент отсоса ч при нем был бы близок к единице.
Выбор параметров защит, действующих
на сигнал. Выбор ip.m в рассматриваемом слу-
чае должен производиться на основании тех
же соотношений, которые выведены для защит,
действующих на отключение.
При этом только в целях снижения токов замыка-
ния на землю, необходимых для действия защиты, не
учитывается второе условие для выбора i m (11,68).
При наличии блокировок, выводящих защи-
ту из действия при сквозных коротких замы-
каниях, например, по фиг. 11,107, она выпол-
няется без выдержки времени. При отстройке
Ы при сквозных коротких замыканиях посред-
ством выдержки времени последняя выбирается
больше максимальных возможных выдержек
времени защит от междуфазных замыканий.
Обычно используется как более простой вто-
рой вариант.
1. НАЗНАЧЕНИЕ
В гл. II было указано, что максимальную
токовую защиту можно применять в радиаль-
ных сетях с одной точкой питания.
Однако в радиальных сетях этого вида нельзя
обеспечить бесперебоййого питания потреби-
телей.
Основным условием бесперебойного питания
является резервирование питания (см., напри-
мер, фиг. Ill, 1).
Если подстанция А (фиг, 111,2) питается
одновременно по двум линиям от станций А и
Гц, то отключение любой из этих линий не
приводит к прекращению питания потребителей
подстанции. Подстанция продолжает питаться
по другой линии, остающейся в работе. Это
86
Защита с трансформаторами тока типа
Ферранти. Использование для защиты транс-
форматора тока типа Ферранти дает следую-
щие преимущества:
1) токи замыкания на землю, необходимые
для действия защиты, при расчетных коэфици-
ентах полноты замыкания на землю в боль-
шинстве случаев понижаются за счет почти
полного отсутствия iHe и меньших отношений
чисел витков вторичных обмоток к первичной,
которые для рассматриваемых трансформато-
ров выбираются вне зависимости от рабочих
токов защищаемой линии;
2) защиты, как правило, могут выбираться
с выдержками времени, не согласуемыми с за-
щитами от замыканий между фазами; это обу-
словливается небольшими значениями iH6 при
сквозных коротких замыканиях.
Поэтому трансформаторы типа Ферранти
находят весьма широкое применение в защи-
тах от замыканий на землю в кабельных сетях,
для которых они имеют весьма простое конст-
руктивное выполнение.
Область применения защиты. По принципу
действия защита пригодна для радиальных се-
тей с одним источником токов нулевой после-
довательности. По выполнению она является
наиболее простой из существующих, поэтому
она применяется в качестве специальной за-
щиты от однофазных замыканий на землю
в радиальных сетях с малыми токами замыка-
ния на землю напряжением 35 kV и ниже
в тех случаях, когда не считается возможным
иметь более простое решение вопроса — кон-
статировать возникновение в системе однофаз-
ного замыкания на землю посредством устрой-
ства для контроля изоляции.
положение справедливо только в том случае,
если при повреждении одной из линий отклю-
чается именно поврежденная линия, вто время
как неповрежденная остается в работе. Отклю-
чение поврежденной линии, конечно, должно
происходить автоматически, что достигают
установкой соответствующей защиты.
С помощью простых максимальных токовых
реле нельзя выполнить защиту для автомати-
ческого выбора поврежденной линии в сети
фиг. III, 2, так как не представляется возмож-
ным подобрать выдержки времени, обеспечи-
вающие их селективное действие. Для этого
требуется реле более сложных типов. В настоя-
щее время для этих целей часто применяют
реле, действующие в зависимости от направле-
ния электрической мощности.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА
2. РЕЛЕ МОЩНОСТИ
Реле, действующие в зависимости от вели-
чины и направления мощности, называются
реле мощности.
В отличие от токовых реле эти реле имеют
две обмотки: тока и напряжения. Вращающий
момент Мер, действующий на подвижную си-
стему реле, пропорционален мощности, подво-
димой к обмоткам реле. В зависимости от кон-
Шстанция
Источн. питан»
И
Фиг. Ш,1. Элементарная схема сети
с двухсторонним питанием подстанций.
В зависимости от типа реле Рр.т обычно
выражают в вольтамперах или в ваттах.
Реле мощности разбиваются на:
1) реле максимальной мощности;
2) реле направления мощности или реле
направления энергии.
Основная разница между этими реле мощ-
ности заключается в том, что реле максималь-
ной мощности имеют устройства для регули-
рования Pp. ту а реле направления мощности их
не имеют.
В соответствии с конструкцией и назначе-
нием реле максимальной мощности должно
действовать при условии, если Рр имеет опре-
деленное направление и превышает заранее за-
Быкл.М выкл.Т
Подстанция
А
} Фидеры
потребителей
Фиг. III,2. Элементарная схема направленной защиты
питающих подстанцию от двух источников.
линий»
струкции реле мощность, подводимая к его
обмоткам, равна или пропорциональна мощ*
ности Рр на зажимах реле. Рр определяется
произведением тока на напряжение, подводи-
мое к этим зажимам, и щ косинус или синус
угла сдвига фаз между ними. Используются
также реле, у которых под знак тригономет-
рической функции в выражении для Рр входит
дополнительный угол, определяемый конструк-
цией реле (см. ниже). В качестве примера при-
ведем выражения для Мвр и Рр для реле, дей-
ствующего от активной составляющей мощно-
сти *
Mep = k-iip-ipQ.os4p* (III, l)
Составляющая Рр> на которую оно реагирует:
Рр = ир- ip cos <?р, (HI, 2)
где tip, ip и Чр — соответственно напряжение,
ток и угол сдвига фаз между током и напря-
жением на зажимах реле,
Для действия реле необходимо, чтобы Мвр
был больше противодействующего момента.
Противодействующий момент создается ме-
ханическими факторами: трением оси в подпят-
никах, действием удерживающей пружины
и т. п. Минимальная Рр, необходимая для дей-
ствия реле, называется мощностью трога-
НИЯ Рр.т.
Для действия реле необходимо, чтобы
Рр>Рр.т. (Ш, 3)
данную величину, а реле направления мощно-
сти в зависимости только от направления Рр не-
зависимо от ее величины.
Поэтому реле максимальной мощности ис-
полняют на разные Рр.т от десятых долей до
тысячи и более вольтампер или ватт в зависи-
мости от условий их работы. Реле направления
мощности стремятся выполнить с наимень-
шей Рр.т. Практически их исполняют с Рр.т
примерно от 2 VA или W и выше.
3. НАПРАВЛЕННОСТЬ РЕЛЕ МОЩНОСТИ
Из соотношений (III, 1) и (III, 2) видно, что
Рр и Мвр могут иметь или положительный или
отрицательный знак в зависимости от величины
угла Чр. Если по абсолютной величине <Р/><90°,
то Рр и Мвр положительны. Если же <рр>90°,
то Рр и Мвр отрицательны.
В зависимости от направления или знака Рр,
Мвру обусловленный этой мощностью, воздей-
ствует на подвижную систему реле, которая
замыкает или размыкает контакты. Это свойство
реле и используется для целей защиты.
Для определения ' направления или знака
мощности необходимо знать условные положи-
тельные направления тока и напряжения, при-
нятые при построении векторной диаграммы.
Наиболее удобно:
1) за положительное направление токов
принимать направление от нулевой точки ис-
87
точника питания к месту нагрузки или повреж-
дения;
2) за положительное направление э. д. с,
и напряжений принимать направление, совпа-
дающее с положительным направлением токов.
Учитывая эти положения, можно показать,
что при наличии двух источников питания Рр,
подводимая к зажимам реле W1 (фиг. III, 2),
может иметь положительный чили отрицатель-
ный знак в зависимости от места повреж-
дения.
Рассмотрим изменение направления или зна-
ка мощности, протекающей через выключатель /
(фиг. III, 2), по отношению к шинам подстан-
ции А при повреждении в точках F и F". Для
этого построим векторную диаграмму тока и
напряжения при повреждениях в этих точках.
При построении векторной диаграммы примем,
\9, V
Фиг. ШЛ Векторная диаграмма
токов и напряжений при изменении
направления мощности.
Фиг. Ш,4. Векторная диаграмма
напряжения и тока, подводимых
к зажимам реле направления ivoiu-
ности, в зависимости от меспа
повреждения в сети.
что положительными направлениями тока и
напряжения являются направления от шин
подстанции А в линию, показанную на фиг. III, 2
стрелкой. Допустим также, что напряжение
примерно совпадает по фазе с э. д. с. генера-
раторов Гг и Гц.у При повреждении в точке F'
мощность от генераторной станции А посту-
пает к месту повреждения через выключатель /
в направлении от шин подстанции А в линию.
Отложим вектор Uf на векторной диаграмме
(фиг. III, 3) слева направо,* Вектор If отстает
от вектора напряжения на некоторый угол <р,
зависящий от соотношения активной и реак-
тивной составляющих сопротивления участка
линии А — Гц от места повреждения F до шин
подстанции А.
При повреждении в точке F" мощность от
генераторной станции Гц поступает к месту
повреждения через выключатель / в направле-
нии из линии А — Гц к шинам подстанции А.
Вектор йр, принятый примерно совпадающим
по фазе с э. д. с, останется совпадающим по
фазе и с вектором uf. Но так как мощность
имеет теперь обратное направление по срав-
нению с предыдущим случаем, то на векторной
диаграмме необходимо отложить вектор If»
примерно в обратном направлении по отноше-
нию к вектору If. Если на выключателе /
установлено реле направления мощности Wi
88
(фиг. III, 2), токовая обмотка которого присо-
единена ко вторичной обмотке трансформатора
тока, а обмотка напряжения ко вторичной об-
мотке трансформатора напряжения, то при
изменении направления мощности, протекающей
через выключатель У, вращающий момент, дей-
ствующий на реле Wi, будет изменять свой
знак. Действительная векторная диаграмма для
тока и напряжения, подводимых к зажимам
реле для случаев повреждения в точках F
и F", будет изображена на фиг. III, 4.
Из диаграммы видно, что если в первом
случае угол <pPF между током и напряжением,
подводимых к зажимам реле, равен <р, то во
втором случае при прочих равных условиях
угол 4pf» между током и напряжением, подво-
димым к зажимам реле, равен ср -f~ 180°. Таким
образом Р , на которую оно реагирует,.соглас-
но (III, 2), в ггервом случае имеет
положительный знак, так как
coscPp/* = cos<p>0, во втором слу-
чае— отрицательный знак, так как
cos tppprsecos (180°-j- <p) =cos <p<0.
Если реле построено так, что
оно, например, замыкает свои кон-
такты при положительном знаке
Рр и размыкает их —при отрица-
тельном, то с помощью таких реле
может быть выполнена селектив-
ная защита линий по фиг. III, 2..
Такая зашита с реле, действующими
в зависимости от направления мощности, назы-
вается направленной защитой. Защита
с реле направления мсшности и максимальными
токовыми реле в качестве пусковых органов
называется максимальной токовой на-
правленной защитой.
Из приведенных выше рассуждений следует,
что положительный знак Рр соответствует по-
вреждению в точке F, т. е. повреждению на
той линии, на которой установлено реле W2
(фиг. III, 2). Следовательно, положительный
знак Рр на зажимах реле W1 (фиг. 111,2) соот-
ветствует направлению мошности от шин под-
станции в линию. Отрицательный знак Рр на за-
жимах реле Wi соответствует повреждению в
точке F"', т.е. направлению мощности из линии
к шинам подстанции. Поэтому в дальнейшем
при рассмотрении схем включения реле и
действия защиты принято, что если знак мощ-
ности, подводимой к зажимам реле при по-
вреждении, соответствует направлению мощ-
ности от шин подстанции в линию, то реле
мощности должно давать возможность отклю-
чать стоящий на этой линии выключатель.
Этот принцип принят в основу выполнения
всех • лин€йных защит с реле направления
мощности, включаемых на фазные или линей-
ные напряжения и' токи-
4. ОСНОВНЫЕ ОРГАНЫ МАКСИМАЛЬНОЙ
НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
5. ВСТРЕЧНО-СТУПЕНЧАТЫЙ ПРИНЦИП ПОДБОРА.
ВЫДЕРЖЕК ВРЕМЕНИ
В схему максимальной направленной защиты
в общем случае входят три основных органа
(фиг. III, 5):
1) пусковой орган; 2) орган направления;
3) орган выдержки времени.
Пусковой орган необходим для того, чтобы
не допугтить действия защиты в нормальных
условиях. Возможность действия объясняется
тем, что в нормальных условиях работы сети
мощность может иметь направление не только
к шинам, но и от шин подстанции. При этом
реле направления мощности может подейст-
вовать и произвести неправильное отключение
линии. Для предупреждения таких отключений
устанавливают реле, действующие только при
.4
В радиальной сети с несколькими источни-
ками питания, а также в кольцевой сети с
одним источником питания для селективного
действия защиты выдержки времени на защи-
тах подбираются по встречно-ступенчатому
принципу, сущность которого можно уяснить,
из следующего. На фиг. III, 6а показана упро-
щенная однолинейная схема радиальной сети
с четырьмя подстанциями Л, В, С и Д связан-
ными одиночными линиями. От шин каждой
подстанции отходят фидеры Фл, Фв, Фс, Фд-
К тем же шинам каждой подстанции подклю-
чены источники питания Га9 Гв9 Гс и Го.
Предположим, что на выключателях 2-4-6^
защита отсутствует и повреждение произошла
а»
В
-£>-
CVA,
сНЭл* H-GX
v~^-
■H^jfrw
«0
О"
■в-
~0
Фиг. Ш,5. Принципиальная
схема комплекта максималь-
ной направленной защиты
для одной фазы.
возникновении повреждений в сети.
Эти реле называются пусковым
органом защиты или пуско-
выми реле.
В качестве пусковых в боль-
шинстве случаев применяют макси-
мальные токовые реле.
Орган направления необходим
для определения направления мощ-
ности в линии по отношению
к шинам подстанции в условиях
повреждения. Орган выдержки*
времени необходим для обеспече-
ния селективнрсти действия за-
щиты.
Щ фиг. Ill, 5 приведена упрощенная прин-
ципиальная схема включения трех органов мак-
симальной направленной защиты для одной
фазы. Из схемы видно, что защита в целом
может произвести отключение выключателя
соответствующей линии только при условии,
если подействуют все органы схемы.
Фиг. Ш,б. Встречно-ступенчатый принцип.
а — элементарная схема радиальной сети с несколькими источниками
питания; б — диаграммы выдержек времени максимальной направленной
настроенной по встречно-ступенчатому принципу.
защиты»
на фидере Ф#. Тогда придут в действие защи-
ты на выключателях 5-3-1 и выключателях всех
генераторов.
Для того чтобы действие защиты было
селективным, необходимо, чтобы выдержка-
времени защиты на каждом последующем уча-
стке, считая от места повреждения в направ-
89
лении к источникам питания, была минимум
яа ступень больше, чем на предыдущем участке
<см. гл. II, § 3).
Диаграмма соответствующих выдержек вре-
мени приведена в верхней части фиг. III, 66,
из которой видно, что выдержки времени за-
щит Фд, 5, 3, I и Га повышаются ступенями в
направлении от места повреждения к источнику
литания.
Теперь предположим, что отсутствуют за-
щиты на выключателях 1-3-5, и повреждение
произошло на фидере ФА. В этом случае при
дут в действие защиты, установленные на вы-
ключателях 2, 4, 6 и выключателях всех гене-
Фиг.Ш, 7. Элементарная
схема сети, замкнутой
з кольцо с одним источ-
ником питания.
раторов. Для селективного действия защиты
необходимо, чтобы выдержки времени ^повы-
шались, как показано в нижней части фиг. III, 66.
Выдержки времени защит источников пи-
тания ГВу Гс и Гв должны быть на ступень
выше выдержек времени всех защит, установ-
ленных на линиях, отходящих от шин соответ-
ствующей подстанции.
При рассмотрении случаев повреждений
на фидерах Фд и^ ФА мы предполагали, что
защиты на выключателях 2-4-6 или 1-3-5 от-
сутствовали. В действительности же эти за-
щиты имеются в обоих случаях повреждения.
Для того чтобы защита сети в целом действо-
зала селективно, необходимо сделать так,
'чтобы при рассматриваемых повреждениях за-
щиты, установленные на выключателях 2-4-6
и 1-3-5, поочередно не действовали. Это воз-
90
можно осуществить, если установить защиту,
действующую в зависимости от направления
мощности. Включая защиту так, чтобы она
действовала только при мощности, направлен-
ной от. шин подстанции в линию, как показано
стрелками на фиг. III, 6а, можно выполнить ее
селективной для сети в целом.
При установке простой максимальной токо-
вой защиты на этих выключателях селективного
действия защиты получить нельзя, так как не-
возможно подобрать необходимые для этого
выдержки времени.
Из фиг. III, 66 видно, например, что выдерж-
ка времени защиты на выключателе 5 меньше
выдержки времени защиты на выключателе 4.
При отсутствии у выключателя 5 защиты, дей-
ствующей в зависимости от направления мощ-
ности, повреждение на линии между подстан-
циями В и С отключалось бы выключателем 5
неселективно, так как выключатель 5 отклю-
чился бы раньше выключателя 4 и подстан-
ция С таким образом отключилась
бы с обеих сторон. Такие же ре-
зультаты могут быть получены
при повреждениях и на других
линиях. Поэтому на всех выклю-
чателях, на которых мощность
может изменять свое направление,
необходимо в общем случае ста-
вить защиту, действующую в зави-
симости от направления мощности.
На фиг. III, 6а это условно по-
казано треугольниками, вписанными
в прямоугольники, изображающие выключатели.
Таким же путем нетрудно показать, что с
помощью защиты, действующей в зависимости
от направления мощности, можно выполнить
селективную защиту линий, замкнутых в коль-
цо и имеющих одну точку питания.
На фиг. III, 7 показана упрощенная схема
такой сети, причем места установки защиты,
действующей в зависимости от направления
мощности, показаны как на фиг. III, 6. На ос-
тальных выключателях может быть установ-
лена простая максимальная токовая защита.
Выдержки времени на защитах выбирают сог-
ласно встречно-ступенчатому принципу. Для
того чтобы действие защиты было селектив-
ным, необходимо выполнить следующие усло-
вия : \
t,yt2 + M9 t^t0A + At;
*B>*7 + A*f t0>Uc + M;
t.y-tt + M, to>t0B + M;
t^t^+ti, t>z>UB+M;
tB*>tB + M, ts>Uc + M;
ti^tB-\-bt, t^ttpA + M;
Выдержки времени устанавливаются по боль-
шим из полученных значений.
На выключателях 2 и 7 защиты могут дей-
ствовать только при условии повреждения на
линиях, на которых, они установлены. Поэтому
их выдержки времени не зависят от выдержек
времени защит, установленных на других ли-
ниях, и, следовательно, могут быть мгновен-
ными.
В пунктах, где направление мощности не
изменяется, орган направления в схеме защиты
не устанавливается. К таким пунктам относятся
выключатели всех фидеров, отходящих от шин
подстанции (фиг. III, 6а и III, 7), и выключатели 1 .
и 8 на фиг. III, 7. Кроме того защита может
быть установлена без органа направления и на
некоторых других выключателях линий, соеди-
няющих подстанции. Если, например, выдержка
времени защиты на выключателе 6 (фиг. 111,7)
больше выдержки времени защиты фидера,
отходящего от шин подстанции С, не менее
чем на ступень селективности, то установка
органа направления у защиты на выключателе 6
является необязательной. Защита будет дей-
ствовать селективно и без него. В общем слу-
чае органы направления должны устанавли-
ваться только с той одной стороны линии,
защита которой имеет меньшую выдержку
времени.
В заключение необходимо отметить, что в
кольцованных сетях с числом источников пи-
тания большим одного, а также в кольцован-
ных сетях с одним источником питания и на-
личием поперечных связей (линий между пони-
жающими подстанциями) рассмотренный прин-
цип встречно-ступенчатого подбора выдержек
времени уже не может быть полноценно ис-
пользован, так как в этих сетях невозможно
установить первых участков, с защит которых
можно было бы начинать расчет выдержек
времени*
6. ТОКИ ТРОГАНИЯ РЕЛЕ ПУСКОВЫХ ОРГАНОВ
Токи трогания реле ip.m пусковых органов
направленной защиты выбираются на тех же
основаниях, что и для максимальной токовой
защиты (см. гл. II, § 2). При этом должны быть
соблюдены два основных условия:
1. На каждом комплекте защиты ip.m дол-
жен быть больше . максимально возможного в
данной линии рабочего тока. Если это условие
не соблюдено, то защита может сработать под
воздействием токов нагрузки. В тех случаях,
когда чувствительность защиты получается при
этом недостаточной, ip,m допустимо выбирать
большим только максимального рабочего тока,
который может течь от шин в линию. Для
предотвращения же неселективного отключе-
ния линии за счет неправильной работы реле
направления при нарушениях его цепей напря-
жения (например, перегорании части предо-
хранителей) ip.m желательно иметь при этом
большим нормального рабочего тока.
2. Считая от наиболее удаленной точки на-
грузки в направлении к источнику питания, ip.m
на каждом последующем участке не должен
быть меньше ip.m на предыдущем участке.
Учитывая возможную неточность в настройке
и действии реле, для надежного обеспечения
селективности желательно, чтобы ip.m реле,
установленного на каждом последующем участ-
ке, считая в указанном направлении, был не-
, сколько больше ip.m реле, установленного на
предыдущих участках.
Если линии фиг. III, 7 замкнуты в кольцо,
то при повреждениях, например, на линии Г-А,
токи короткого замыкания через выключатели 1
и 2 распределяются обратно пропорционально
сопротивлениям: участка линии Г-А от шин
станции Г до места повреждения и линий Г-С,
С-В, В-А, а^ также участка линии Г-А от шин
подстанции А до места повреждения. Величина
тока через выключатель 2 может оказаться
недостаточной для действия реле пускового
органа.
В таких случаях защита на выключателе 2
подействует только после отключения выклю-
чателя 7, когда весь ток повреждения будет
протекать через выключатель 2. Такое дейст-
вие защиты называется каскадным. Время
ликвидации возникшего повреждения склады-
вается из суммы времен действия защиты сов-
местно с выключателем 1 и защиты совместно
с выключателем 2. С этой точки зрения каскад-
ное действие защиты является нежелательным.
На фиг. III, 66 показаны характеристики
выдержек времени, независимые от тока. Одна-
ко принципиально селективное действие защи-
ты можно получить и с помощью реле, имею-
щих ограниченно-зависимые характеристики.
Применительно к кольцевой сети последние
обладают, однако, тем недостатком, что могут
отключать повреждения с завышенными вы-
держками времени, работая в зависимой части
характеристик пря неблагоприятном распреде-
лении токов короткого замыкания в ветвях
кольца.
7. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Помимо общих требований, предъявляемых
к реле (см. гл. II), к реле направления мощ-
ности предъявляются некоторые специальные
требования. Основными из них являются сле-
дующие:
1) Рр.т реле должна быть возможно мень-
шей;
2) реле не должно обладать самоходом;
91
3) собственное время действия реле должно
быть возможно меньшим.
Вышеуказанные требования обусловливают-
ся следующими причинами.
Величина Рр на зажимах реле направления
мощности при прочих равных условиях зависит
от величины напряжения, подводимого к его
зажимам. Напряжение, подводимое к зажимам
реле, при трехфазных повреждениях равно
остаточному напряжению на шинах подстанции,
деленному накоэфициент трансформации транс-
форматора напряжения пн. При повреждении
размыкания контактов и не должны отключать выклю-
чатели 2 й 3.
Однако, вследствие того что реле находятся в мерт-
вой зоне, они не смогут установить направления мощ-
ности. При отсутствии самохода по току неправильного-
действия защиты на выключателях 2 л J не произойдет.
Повреждение отключится защитой, установленной на вы-
ключателе поврежденного фидера, и ликвидируется таким
образом правильно. Если же реле направления на выклю-
чателях 2 и 3 обладают явлением, самохода от тока в
сторону срабатывания реле, и выдержки времени работы
защиты 2 и( 3 меньше выдержки времени защиты на пов-
режденном фидере, то защиты 2 и 3 сработают раньше^
чем успеет сработать защита последнего, и таким образом
подстанция В останется без напряжения.
Фиг. 1Н,8. Элементарная схема сети с двухсторонним
и повреждением на фидере. .
в непосредственной близости от щин подстан-
ции остаточное напряжение может быть близ-
ким к'нулю. Рр в этих условиях может ока-
заться меньше Рр.т реле и последнее не по-
действует. Это значит, что повреждение про-
изошло в пределах мертвой зоны реле. Мерт-
вой зоной реле называется максимальная
длина части защищаемой линии, при повреж-
дениях в пределах которой реле не действует
вследствие того, что величина остаточного
напряжения обусловливает РР<СРР.т*
Чем больше РР.т, тем больше при прочих
равных условиях мертвая зона. Для уменьшения
мертвой зоны необходимо иметь реле с воз-
можно малой Ял.
Явлением самохода реле мощности называется
его действие под влиянием только тока или только нап-
ряжения. Причины самохода определяются несимметрич-
ным выполнением системы, при котором может появиться
результирук щий вращающий момент от взаимодействия
потока и индуктированного им же тока в диске (см.
гл. II, § 8). Самоход реле мощности может иметь направ-
ление или в сторону срабатывания реле или в сторону
торможения. Самоход в сторону торможения угрубляет
реле, так как при этом увеличивается его Рр т. Самоход
в сторону срабатывания реле может вызвать неправиль-
ное действие защиты. На фиг. III, 8 показана упрощенная
схема сети, каждая подстанция которой имеет двухсторон-
нее питание. На линиях, соединяющих эти подстанции,
установлена защита, имеющая^ орган направления. При
металлическом трехфазном повреждении (обозначенном
стрелкой) на фидере в непосредственной близости от шин
подстанции напряжение на шинах подстанции В будет
бли:ким к нулю. Реле направления мощности защит 2 и
3 окажутся в мертвой зоне. Токи через обмотки реле тех
же защит будут большими, и пусковые органы защиты
сработают. Мощность через выключатели 2 и 3 имеет на-
правление к шинам подстанции В, следовательно, реле
направления мощности должны действовать в сторону
92
питанием
Диск
Линия
Фиг. 111,9.
Принципиальная схема индукционного реле
направления мощности с диском.
Поэтому наличие самохода в реле направления в
общем случ е является недопустимым.
Требование к быстроте действия реле направления
мощности предъявляется особенно в схемах защит, дей-
ствующих без выдержки времени (см. ниже примеры вы-
полнения схем).
Помимо указанных требований, предъявляемых к реле
направления мощности, для реле максимальной мощности
весьма важным дополнительным требованием является
значение коэфициента возврата. Коэфициентом возврата
ke реле мощности называется отношение мощности воз-
врата к мощности трогания реле, т. е.
р
(Ш, 4}
р. т
ke должен быть по возможности близким к единице.
Требование это объясняется услов иями, аналогичными
приведенным в гл. И для максимальных токовых реле.
8. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ
Имеется много разновидностей конструкций
реле направления мощности* Однако большин-
ство из них выполнено на следующих прин-
ципах:
1) индукционном;
2) электродинамическом (со сталью и без,
стали);
3) индукционно-электродинамическом.
Утверждать, что какой-либо из этих прин-
ципов имеет неоспоримые преимущества по
сравнению с другими, представляется затруд-
нительным. Все они имеют* свои относитель-
4f
Фиг. 111,10. Векторная
диаграмма индукционно-
го реле направления
мощности с диском.
ные достоинства и недостатки и в практике реле-
строения имеют широкое распространение.
Конструктивно реле направления мощности
исполняют однофазными, двухфазными и трех-
фазными.
Индукционные реле направления мощности.
Имеются две основные разновидности реле
направления мощности, основанные на индук-
ционном принципе:
1) индукционные реле с диском;
2) индукционные реле с барабаном (цилин-
дром).
Индукционное реле, подвижная часть кото-
рого выполнена в виде диска, имеет весьма
широкое распростране-
ние. Индукционное реле,
подвижная часть кото-
рого выполнена в виде
полого барабанчика или
цилиндра, применяют
главным образом в схе-
мах современных слож-
ных и быстродействую-
щих защит.
Индукционное реле
с диском. По принципу
действия индукционное
реле направления мощ-
ности с диском не отли-
чается от индукционного токового реле. Раз-
ница заключается только в^том, что у токового
реле имеется одна обмотка, которая присо-
единяется к трансформатору тока. У реле
направления мощности имеются две обмотки,
одна из которых присоединяется к трансфор-
матору тока, а другая — к трансформатору
напряжения.
Токи в этих двух обмотках создают два маг-
нитных потока, сдвинутых по фазе. На фиг. III, 9
показана принципиальная схема индукционного
реле направления мощности. На верхнем сер-
дечнике имеется обмотка напряжения, присо-
единяемая к трансформатору напряжения, на
нижнем — обмотка тока, присоединяемая к транс-
форматору тока.
На фиг. III, 10 приведена векторная диаг-
рамма такого реле. Вектор напряжения^, под-
веденного к зажимам обмотки напряжений реле,
и вектор тока ip в его токовой обмотке сдви-
нуты между собой на угол <рр. Вектор тока iH в
обмотке напряжения отстает от напряжения Up
на некоторый угол ^р> величина которого за-
висит от соотношения между активной и реак-
тивной составляющими сопротивления обмотки
напряжения. Векторы магнитных потоков Фт и
Ф«, создаваемых • соответственно токами в то-
ковой обмотке и в обмотке напряжения, сов-
падают по фазе с этими токами, если потери на
гистерезис и токи Фуко на диаграмме не учи-
тываются.
При рассмотрении принципа действия ин-
дукционного токового реле в гл. II было пока-
зано, что выражение для Мвр, действующего
на диск, имеет вид:
Mep=k^A^bBsin<(<bAy фв). (Ш,5)
Подставляя вместо Фд и Фз соответствен-
но ФтиФ« и значение угла сдвига фаз из
векторной диаграммы фиг. III, 10, получим
Мер = К • ФнФт Sin (Y р — срД (III,6)
где
ъ—<&>—<(** *«)•
(111,7)
В активных (косинусных) реле индукцион-
ного типа сопротивление обмотки напряжения
выполняется близким к чисто индуктивному.
В таких реле угол отставания тока от напря-
жения *[р в обмотке напряжения близок к 90°.
Для них с достаточным приближением можно
написать
sin (ФЛ,Ф„г) — sin (хр — ъ) ^ sin (90° — <?р) =
— cos cpp. (Ill, 8)
Пренебрегая насыщением стали сердечника,
можно принять, что величина магнитного потока
пропорциональна создающему его току:
Фт = к2-1Р и $H=kriH = kb^ = k^UPt
где zH — полное сопротивление обмотки напря-
жения.
Подставляя полученные значения магнитных
потоков, а также значение синуса угла между
ними в (III, 6), получим
MeP = k1-k2-k4:-Up-ip-Qos4Pi (Ш,9)
где произведение
Pp = Up-ip.Qos*p (И1,10)
представляет собой активную мощность, на
которую реле реагирует.
Произведя подстановку из (III, 10) и (III, 9)
и обозначая k^k^k^ через k, имеем
Mep = k.Pp. 011,11),
Упрощенная кинематическая схема такого
реле, серии ИМ-142 завода ХЭМЗ, показана на
фиг. III, 11. Основные детали реле и их взаим-
ная связь видны из чертежа.
Из векторной диаграммы фиг. 111,10 и схем
фиг. III, 7 и 111,8 видно, что если импедансный
угол обмотки напряжения реле у не будет
равен 90°, то Мвр не будет пропорционален
активной составляющей Рр, т. е. реле не будет
активным. Если угол чР равен нулю фиг. III, 12,
то
sin (Ф«, Фт) — sin (тр — Ь) = — sin vp.
Произведя подстановки в (III, 6), аналогич-
ные приведенным выше, получим
Mep-=k- Up- ip -sin <?p=k-Pp, (HI,12)
93
где
Р* = и
р lp
sin с?/?-
(Ш, 13)
Такое реле действует от реактивной состав-
ляющей Рр и называется реактивным (си-
нусным).
Фиг. 111,11. Схема устройства индукционного реле на-
правления мощности с диском типа ИМ-142 завода ХЭМЗ.
1 — рабочая система мощности; а — обмотка напряжения; б — обмотка
тока; 2 — удерживающая система напряжения (используется в неко-
торых случаях для удерживания подвижной системы реле в нормальных
условиях в строго зафиксированном положении, например, с разомкну-
тыми контактами — см. гл. III, § 12); 3 — алюминиевый диск; 4 — зуб-
чатая передача контактов; 5— подвижной контактный диск; 6— 7 — не-
подвижные контакты; 8 — винты регулировки контактов; 9—пружина;
10 — устройство для регулировки мощности трогания; // —ограничи-
тель хода диска; 12 — постоянный магнит.
При угле *\р> равном некоторому промежу-
точному значению, между 0° и 90°, реле будет
иметь промежуточную характеристику.
Произведя подстановки в (III, 6), аналогич-
ные приведенным выше, и используя (III, 7) и
(III, 11), получим уравнение для Мвр реле, имею-
щего промежуточную характеристику:
Мвр ^k-up-ip-sin(Y/» — b) = k-Рр,"' (HI, 14)
где
Pp*=Up.ip.sin(т> - c^). (Ш, 15)
94
В таком реле Мвр имеет максимальное по
абсолютной величине значение при ср^,, равном
некоторому промежуточному значению Yp<C90°.
В отличие от (III, 14) и (III, 15) выражения
для Мер и Рр реле, имеющего промежуточную
характеристику, часто даются не через импе-
дансный угол обмотки напряжения у/ъ а чере^
угол 8, дополняющий его до 90° (фиг. III, 13).
Фиг. 111,12. Векторная диаграмма индукционного^реле
направления мощности с диском, имеющим синусную
характеристику.
Подставляя т> = 90°— 8
в (111,14) .-и (111,15), по-
лучим
У Мвр — k -Up- ip- cos (cpp +
+ b)=k-Pp (111,16)
и
PP — Up- ip- cos (cpp -f %)-
Фиг. 111,13. Векторная В следующих главах
диаграмма реле с про- угол, дополняющий ур
межуточным углом. д0 90°, обозначается
через а.
Индукционное реле с барабанчиком. Си-
стема, создающая Мвр$ в этом реле состоит из
следующих основных частей:
1) внешнего стального сердечника, например,
с четырьмя выступающими полюсами (фиг. 111,14).
2) внутреннего цилиндрического стального
сердечника, служащего для уменьшения маг-
нитного сопротивления;
3) алюминиевого или медного барабанчика
(цилиндра), помещенного в воздушных зазорах
между внутренним сердечником и полюсами
внешнего сердечника;
4) обмоток тока и напряжения, расположен-
ных на выступающих полюсах внешнего сер-
дечника.
Внешний сердечник с расположенными на
его полюсах обмотками представляет собой
статор реле, а барабанчик — его ротор.
Магнитные потоки от обмоток тока и на-
пряжения пространственно расположены под
углом 90° в соответствии с расположением
выступающих полюсов.
Положительным направлениям токов в обмотках
тока и напряжения, показанным на фиг. III, 14 стрелками,
соответствуют положительные направления потоков Ф^
и* Фв в полюсах сердечника. Эти магнитные потоки, пе-
ресекая стенки барабанчика, наведут в них соответст-
вующие э. д. с. еА и ев, под действием которых в стен-
ках барабанчика возникнут токи iA и iB> отстающие от еА
и ев на некоторые углы Од и Вв (фиг. III, 15),
Упрощенная векторная диаграмма такого реле при-
ведена на фиг. III, 16.
Для вывода выражения Мвр, воздействующего на
барабанчик, рассматривается взаимодействие магнитных
потоков с токами, циркулирующими в стенках барабан-
чика. Аналогично тому, как это было сделано в гл. II,§8
для индукционных максимальных токовых реле, рассмат-
ривается взаимодействие:
1) потока Фд с током в стенках барабанчика, обус-
ловленным потоком Фв;
2) потока Фв с током в стенках барабанчика, обус-
ловленным потоком Фд.
Фиг. 111,14. Схема индукционного реле направления мощ-
ности с барабанчиком.
Средний вращающий момент от взаимодействия iA
с Фд, направленный против часовой стрелки, М^ —
Средний вращающий момент от взаимодействия iB
с Фд, направленный по часовой стрелке, Мп = к-1В-ФАХ
X cos Ф2» гДе
Wx « 90° + 0д - (Тр - ?р),аЪ - 90°-f- Вв + (7, - *р).
Результирующий Мвр, приводящий барабанчик в дви-
жение, равен разности вращающих моментов М1 — Л111#
Производя соответствующие подстановки и принимая,
что угол 0 = 0д = Од для данной конструкции постоянен,
получим, как и для реле с диском,
Мер = byUp-ip -sinftp — <?р) = k2Pp ; (Ш, 18)
и мощность, на которую реагирует реле,
PD = tip.ip sin (Tp - <*р). (Ill, 19)
Делая подстановку для чр аналогично тому, как было
сделано при выводе (III, 16) и (III, 17), в окончательном
виде получим
Мер « kvUp.ip.cos (<?р + S) = k2Pp (III, 20)
и Pp-Vp*ip-cos(4p + l), (111,215
Электродинамическое реле. Электродина-
мический принцип основан на использовании
взаимодействия магнитного потока с токож
в проводнике, помещенном в этот магнитный
поток. Фиг. III, 17 иллюстрир|ует принцип уст-
ройства ьи действия электродинамической си-
стемьи
Фиг. III, 16. Векторная диаграмма индукционного реле
направления мощности с барабанчиком.
Имеются две катушки: неподвижная А к
подвижная В. То /л катушки А создает маг-
нитный поток Фл. Положительные направления
iA и ФА на фиг. III, 17 показаны стрелками к
связаны между собой правилом штопора-
В поле Фд помещена подвижная катушка Bi
положительное направление ее тока iB пока-
зано стрелкой. В условиях, представленных
на фиг. III, 17, согласно закону Био и Савара,
на катушку В действует момент, который стре-
мится повернуть ее против часовой стрелки.
Среднее значение силы F, действующей на
каждое плечо катушки Ву за один период пе-
ременного тока, если принять угол между на-
правлениями Фл и iB равным 90°, можно опре-
делить уравнением
F = k.<f>A-iB-cosy\ (111,22)
где ср' — угол сдвига фаз между Фл и iB.
Величина Мвр, создаваемого силой F и дей-
ствующего на каждое плечо катушки В, равна
произведению силы F на длину плеча /, кото-
рая связана с шириной т катушки соотноше-
нием:
/=-2. sin fl. (Ill, 23)
95
Силы взаимодействия ФА с током в торце-
вых частях витков катушки В, т. е. в частях
витков, перпендикулярных к оси вращения
катушки, имеют прямо противоположные на-
правления и поэтому Мвр от них равны нулю.
Тогда полный
вижную катушку:
УИ действующий на под-
Mep = 2Fl = 2
•*~Фд
где
в • cos <p' • sin p =
= кхФА • is cos cp' sin p, (III, 24)
kx=k-m.
от тока, т. е. действие реле при отсутствии
напряжения на зажимах катушки В.
Если же дополнительный Мвр будет иметь
направление, обратное к направлению основ-
ного Мвру то он будет вызывать торможение
действия реле. Вследствие этого Рр,<* необхо-
димая для действия реле, соответственно увег
личится.
Для исключения подобных явлений электро-
динамические реле выполняют так, чтобы в
нормальных условиях угол между осями кату-
шек р был равен точно 90° и при срабатыва-
Фнг, III, 18. Принципиальная схема
электродинамического реле напра-
вления мощности с косинусной
характеристикой.
Фиг. 111,19. Векторная диа-
грамма электродинамического
реле направления мощности.
Фиг. 111,17. Принципиальная
схема электродинамической
системы.
Максимальное значение Мвр из (III, 24^ по-
лучается при совпадении по фазе векторов
Фл и iB, т. е. при <р' = 0° и при угле между
осями катушек, равном 90°, т. е. при (J = 90°.
При значительном отклонении плоскости
катушки В от оси потока Фл в витках этой
катушки будет наводиться этим потоком не-
которая э. д. с, направление которой опреде-
ляется по правилу штопора и зависит от того,
в какую сторону отклоняется плоскость ка-
тушки по отношению к направлению оси маг-
нитного потока. Эта э. д. с. обусловит появле-
ние в витках, катушки В дополнительного тока
iB, совпадающего по фазе с э. д. с. Взаимо-
действие iB' с ФА вызовет на катушке некото-
рый дополнительный Мвр9 направление которого
может совпадать или быть обратным к напра-
влению основного Мвр в зависимости от на-
правления Vв по отношению к направлению iB.
Если направление i'B совпадает с направле-
нием iB, то направление дополнительного Мвр,
воздействующего на подвижную катушку В,
будет совпадать с направлением основного
Мвр и может вызвать явление самохода реле
96
нии реле отклонение оси катушки В было не-
значительным.
На фиг. III, 18 упрощенно показана электрическая
и кинематическая схемы электродинамического реле фир-
мы S. Н. Как видно из фиг. III, 18, реле имеет круглый
сердечник с двумя выступающими полюсами. Кроме того
для уменьшения магнитного сопротивления воздушного
промежутка между этими полюсами помещен второй
стальной сердечник цилиндрической формы. На два вы-
ступающих полюса внешнего сердечника наматывается
катушка тока, соответствующая катушке А фиг. III, 17.
В воздушных промежутках между полюсами внеш-
него и внутреннего сердечников помещается катушка
напряжения реле, соответствующая ка»ушке В фиг. III, 17.
Эта катушка7 является подвижной и для большей чувст-
вительности реле выполняется очень легкой.
Один из контактов реле прикреплен к основанию или
к одной из неподвижных деталей реле и является непод-
вижным, второй же закреплен на подвижной системе реле
и является подвижным. При повороте подвижной системы
реле подвижный контакт отходит от неподвижного кон-
такта или, наоборот, соединяется с ним и замыкает цепь
постоянного тока.
При наличии тока ip в витках катушки А в стальном
сердечнике создаэтся поток Фд. Если теперь к подвиж-
ной катушке В подвести напряжение ир, то в ее витках
появится ток iH и возникнет Mept величина которого
определяется > равнением (111,24). Угол сдвига фаз между
векторами Фд и iH (фиг. 111,19): <р' = ~\р — <?р«
Ток в катушке напряжения iH = —^=к2-ир, где zH —
полное сопротивление цепи катушки напряжения.
Магнитный поток Фд согласно принятым ранее до-
пущениям пропорционален создающему его току ip, т. е.
Фд = &з#//?- Угол р между осями катушек-конструктивно
выполняется равным 90е, < ледовательно, sin £ = sin 90е = 1.
Подставляя все эти величины в (111,24), получим:
Msp = krkrk^up4p'Cos (-ip — чр) = k- Рр, (111,25)
рр = »р'1р- cos (Ь — Ы- (Ш, 26)
В отличие от индукционных реле для получения ак-
тивных реле электродинамического типа сопротивление
ZH выполняют близким к чисто активному. В этих усло-
виях с достаточной для практических целей точностью
можно принять Тр = 0° (111,12). Тогда уравнение (Ш,25)
будет иметь вид '
Mep=*k'Up-ip*cosip**k.Pt9 (111,27)
I Дс
рр = tip • /р • cos tfp. (Ill, 28)
Для реактивного электродинамического реле угол -\п
должен быть равен 90°. Это достигается с помощью спе-
циальной схемы включения обмотки напряжения реле
(см. ниже).
Фиг. 111,20. Принципиальная схема индукционно-электро-
динамического реле направления мощности.
Электродинамические реле выполняют со стальным
сердечником и без него. Основной недостаток реле со
стальным сердечником заключается в том, что при боль-
ших токах в токовых обмотках реле довольно трудно
уничтожить явление самохода.
У реле без стального сердечника это сделать значи-
тельно легче. Однако при наличии стального сердечника
легче получить индукцию, при которой подвижная ка-
тушка реле охватывается необходимым магнитным
потоком. Поэтому даже при очень малых размерах под-
вижной катушки Мвр получается достаточно большим.
Реле со стальным сердечником при прочих равных
условиях может быть выполнено более чувствительным.
Большинство современных электродинамических реле на-
правления мощности выполняют со стальным сердечни-
ком. г
Индукционно-электродинамическое реле. Подвод
напряжения к подвижной катушке электродинамических
реле вызывает некоторые конструктивные затруднения.
Спиральные проводники, по которым напряжение под-
водится к подвижной катушке, выполняют очень легкими
и гибкими, но механическое сопротивление этих спира-
лей все же вызывает увеличение Рр%т и снижает быстро-
ту действия реле. Кроме того место спайки подводящих
проводников с проводом самой катушки напряжения не
обладает иногда достаточной механической прочностью.
С целью, в частности, устранения этих недостатков
разработано реле нового типа с короткозамкнутой по-
движной обмоткой. Ток в короткозамкнутой обмотке по-
является в результате индуктивной связи этой обмотки
с другой неподвижной обмоткой, насаженной на стальной
сердечник. Реле такого типа получило название индук-
ционно-электродинамического. Принципиальная упрощен-
ная схема индукционно-электродинамической системы по-
казана на фиг. III, 20. Система состоит из магнитопровода,
' Релейная защита
двух неподвижных обмоток А-А и В-В и одной подвижной
короткозамкнутой обмотки В„.
«Лгт, обмотке А-А подводится цепь тока, к обмотке ВВ
цепь напряжения. При наличии тока ip в витках обмотки
r^*LB полюса? ее сердечника возникает поток ФА, про-
3И°£аоЬНЫИ 1Р' 11од Действием тока iH в витках об-
™™" > ' в ее сеРДечнике также создается поток Ф«,
^^ЦИОлнальныи '*• Этот поток наведет в витках под-
I ня ^гг^Мо°пТоКИ Вп э" д' с' е* встающую по фазе от
Л** угол уо„ и являющуюся причиной тока /„ в вит-
ках подвижной обмотки, отстающего по фазе от ев на
угол вв. Величина угла вБ зависит от соотношения
"^™*ТИВН0Й«И Реактивной составляющими сопротив-
ления подвижной обмотки Вп.
Фиг. 111,21. Векторная диаграмма индукционно-электро-
динамического реле направления мощности.
,, о ?а *иг# Ш'2I представлена упрощенная векторная
диаграмма индукционно-электродинамической системы
при построении которой потерями на гистеризис и токи
Фуко пренебрегали.
Рассматривая взаимодействие между ФА и 1В по ана-
логии с электродинамической системой (фиг. III, 17) мож-
но написать выражение для М :
ер
МвР = *г Фд-(в cos ?' -sln h (III, 29)
где f--угол между осями магнитных потоков неподвиж-
ной обмотки А-А и подвижной обмотки Вт а угол ©' —
угол сдвига фаз между ФА и iB. По тем же соображе-
ниям, что и для электродинамических реле, угол В при-
нимается равным 90°, так что sin p = sin90° = l
Из векторной диаграммы фиг. III, 21 имеем
9' = 9О° + 05-ИтР-?р).
Произведя соответствующие подстановки в (111,29)
по аналогии с (111,25) и (III, 26), получим
Мвр = Л.цр./p-cos [90° + 05 + (Ь - iP)] = k-Pp9 (III, 30)
где
РР = «p-/p-cos [90° + ®в + (Ь_ 9р)]. (ш, 31)
Заменяя у через 90° — 8, в окончательном виде по-
лучим
мер = bvttp-ip cos ftp 4- 8 — ®в ) (Ш, 32)
РР =* *р-ip-cos (чр + Ъ — ®в). (Ill, 33)
9. ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ
Из (111,15) и (111,26) видно, что Мвю воздей-
ствующий на подвижную систему реле, про-
порционален Рр. г * г
Каждая из величин, входящая в уравнение
мощности, является переменной.
Для того чтобы знать, как будет себя вести
реле при изменении той или иной величины
в широких пределах, строятся кривые зависи-
97
мости одной величины от другой, при сраба-
тывании реле. Третья величина для каждой
такой кривой должна быть постоянной. Такие
кривые называются характеристиками реле.
Время действия реле зависит от величины Рр.
Для выявления этой зависимости строится
еще характеристика зависимости времени сра-
батывания реле от величины Рр или ее кратно-
сти по отношению к Рр%т*
Вольтамперная характеристика. При неко-
торой постоянной величине угла сдвига фаз
между током и напряжением, подведенным
к зажимам реле согласно (III, 26), можно по-
тем, что после^ насыщения стали сердечника
-возрастание тока по величине практически «е
дает увеличения магнитного потока.
Характеристики действия реле в зависи-
мости от угла сдвига фаз. Характеристика
действия реле в зависимости от величины угла
сдвига фаз представляют собой кривую зави-
симости минимального напряжения ир.т на за-
жимах реле, необходимого для его срабатыва-
ния, от величины угла сдвига фаз между этим
напряжением п остоянным по величине током tp.
Такая кривая показывает, при каком значе-
нии угла сдвига фаз для данной Ррж и вели-
Фиг 111,22. Вольтамперная характеристика
реле направления мощности.
Н35°-д0° -45° (F~+45Q +90° +135° +1W*
Фиг. 111,23. Угловые характеристики реле направления
мощности в функции ур.
строить кривую зависимости напряжения, не-
обходимого для срабатывания реле ир.т от тока.
Такая кривая (фиг. 111,22) называется вольт-
амперной характеристикой. Из
(III, 26) и кривой фиг. 111,22 видно, что теоре-
тически при бесконечно большом токе напря-
жение для срабатывания реле требуется бес-
конечна малое. Этому соответствовала бы
пунктирная часть кривой фиг. III, 22. Однако
практически минимальное значение напряжения
для каждого реле имеет некоторую конечную
величину ир,ттт. Это в основном объясняется
98
CQSfp
Фиг. 111,24. Угловые характеристики реле направления
МОЩНОСТИ В фуНКЦИИ COS Cfy.
*SQ°C
Фиг. 111,25. Угловая
характеристика релэ
направления мощно-
сти в полярных ко-
ординатах.
90е С
чины тока реле имеет наибольшую чувстви-
тельность.
В зависимости от типа реле наибольшая
чувствительность реле будет при различных
значениях угла сдвига фаз.
На фиг. 111,23 приведены характеристики
а-а, b-b и с-с соответственно для активного
(косинусного) реле по (III, 10), реактивного
(синусного) реле по (III, 13) и для реле с про-
межуточной характеристикой по (III, 17) при
значении дополнительного угла S, равном 45°.
Из кривых фиг. III, 23, как и из приведен-
ных выше соотношений, следует, что активное
реле имеет наибольшую чувствительность при
9^ = 0°, реактивное — при срр = 90° и реле с про-
межуточной характеристикой 'при <?р=—45°.
Заштрихованная часть показывает-область ве-
личин напряжений, подводимых к зажимам реле,-
при которых косинусное реле приходит в дейст-
вие, для соответствующих значений угла
сдвига фаз.
На фиг. 111,24 показаны те же кривые, что
и на фиг. III, 23, с той лишь разницей, что на
оси абсцисс отложены не углы срр, а значения
cos<f>p. Такой способ изображения характери-
стик часто используется в практике.
Те же кривые могут быть изображены и в поляр-
ной системе координат (фиг. 111,25), где по окружности
откладываются значения угла сдвига фаз в градусах, а
по длине радиусов откладываются в определенном мас-
штабе значения минимальных напряжений, необходимых
для действия реле.
Характеристика времени действия реле на-
правления в зависимости от мощности на за-
жимах. Собственное время действия реле
направления мощности непостоянно и зависит
от величины Рр.
Эту зависимость иногда необходимо знать
для практических . целей. Для этого строится
кривая зависимости времени действия реле от
величины Рр при определенных постоянных
значениях угла сдвига фаз, тока или напряже-
ния. По оси ординат откладывается время
действия реле в секундах или в периодах пе-
ременного тока, а по оси абсцисс Рр или крат-
ности Рр по отношению к Рр.т. Такая кривая
показана на фиг. 111,26.
10. СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО УГЛА у
РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
При рассмотрении принципов действия ин-
дукционного и электродинамического реле было
показано (III, 15) и (III, 26), что мощность, на
которую реагирует реле, зависит от величины
угла ур между вектором напряжения ир на за-
жимах обмотки напряжения реле и током iH в
этой самой обмотке.
Из (III, 15) для индукционного реле следует,
что для получения активного реле (III, 10) не-
обходимо иметь угол Yp = 90°, а для получения
реле с промежуточной характеристикой (III, 15)
необходимо иметь угол чр, удовлетворяющий
условию: 0 < Yp < 90°. Уменьшение угла ур обыч-
но достигается включением последовательно
в цепь обмотки напряжения активного сопро-
тивления, а также изменением величины воз-
душных зазоров электромагнитов.
Для получения реактивного индукционного
реле (111,13) необходимо иметь угол чр — 0, т. е.
полностью скомпенсировать индуктивную со-
ставляющую сопротивления обмотки напряже- •
ния. Для этой цели в цепь обмотки напряжения
7*
необходимо включить емкость соответствую-
щей величины.
Из (III, 26) следует, что для получения электродина-
мического активного реле (III, 28) необходимо иметь угол
Чр — О» а Для получения реактивного реле угол 7р = 90с.
так как cos (?р — <рр) = cos (90° — <рр) = sin cpp; у = 90°
можно получить с помощью известной схемы . Гуммеля
(фиг. III; 27).
Подбором соответствующих сопротивлений схемы
угол между током в обмотке напряжения реле i0q и на-
пряжением и», приложенным к зажимам обмотки напря-
жения реле фиг. 111,27 и 111,28, можно получить равным
точно 90°. Векторная диаграмма токов и напряжений для
схем фиг. Ш,27 и 111,28 приведена на фиг. 111,29.
It
Фиг. 111,26. Характеристика времени дейст-
вия реле направления мощности в зави-
симости от мощности на его зажимах.
h
гд xQ ro5 x0s
Фиг. III, 27. Принципиальная схема Гуммеля,
Фиг. 111,28. Принципиальная
схема электродинамическо-
го реле направления мощ-
ности с синусной характе-
ристикой,
Фиг. 111,29. Векгорная диа-
грамма электродинамиче-
ского реле направления
мощности с синусной харак-
теристикой.
99
11. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ
РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Реле направления мощности исполняются в
виде однофазных, двухфазных и трехфазных
реле. Для всех этих видов реле принцип дейст-
вия остается неизменным. Разница заклю-
чается только в том, что в однофазном реле
на подвижную систему действует Мвр, пропор-
циональный определенной составляющей мощ-
ности на зажимах одной фазы, а в двух-и
трехфазных — результирующий Мвр9 пропорци-
ональный сумме составляющих мощности на
зажимах двух или трех фаз.
(ЩЖ
Фиг. 111,30. Принципиальная схема трехфазного электро-
динамического реле направления мощности^
Суммирование Мвр, пропорциональных опре-
деленной составляющей мощности на зажимах
разных фаз, может быть или механическим или
электромагнитным. Механическое суммирова-
ние Мвр достигается тем, чРго подвижные части
двух или трех, по существу совершенно само-
стоятельных систем, создающих Мвр$ закреп-
ляются на одной оси. К этой же общей оси
прикрепляется подвижный контакт цепи посто-
янного тока. На фиг. 111,30 показана упрощен-
ная схема трехфазного реле электродинамиче-
ского типа. Как видно из этой фигуры, Мвр всех
систем воздействуют на одну и ту же ось.
В зависимости от направления результирую-
100
щего Мвр, подвижный контакт повернется
вправо или влево и сомкнётся с соответствую-
щим неподвижным контактом.
Если к подвижному контакту подвести один
полюс вспомогательного источника тока, то
каждый из неподвижных контактов реле может
быть использован для замыкания отдельной
вспомогательной цепи.
На фиг. 111,31 показана электрическая и кинемати-
ческая схема трехфазного электродинамического реле
типа RW-6 фирмы S. Н., упрощенная схема которого
приведена на фиг. 111,30. Это реле по существу заклю-
чает в себе три системы однофазных реле (фиг. Ill, 18
или фиг. 111,28), связанных между собой одной общей
осью и заключенных в один общий кожух.
Контактная
система
Подвижная обмотка
напряжения
Неподвижная
№ токовая обмотка
Шнофазный
элемент
Магнитный
экран
Фиг.Ш,31. Пол-
ная электриче-
ская и кинети-
ческая схема
трехфазного
электродинами-
ческого реле
RW-6 фирмы
SH.
Трехфазные индукционные реле типа ИМ-300
ХЭМЗ также выполняются с механическим сум-
мированием Мвр% пропорциональных мощности
на зажимах фаз. Создающие Мвр индукцион-
ные системы типа показанной на фиг. III, 11
связаны между собой механически и заключены
в общий кожух.
Двухфазные реле конструктивно отличаются
от трехфазных только тем, что вместо трех
механически связанных систем в реле имеются
две системы, и действие реле определяется
результирующим Мвр этих двух систем.
В реле типа СВР фирмы GEC и в аналогичном ему
по конструкции новом трехфазном быстродействующем
реле ХЭМЗ суммирование Мвр отдельных фаз осущест-
вляется не механически, а электромагнитно. Реле при-
надлежит к индукционному типу?с барабанчиком.
Магнитная система реле состоит из стального сердеч-
ника с восемью полюсами (фиг. III, 32). На каждом по-
люсе расположена обмотка тока или обмотка напряже-
ния. Способ присоединения обмоток к трансформаторам
тока и трансформаторам напряжения зависит от схемы
включения реле. Стальной сердечник совместно с обмот-
ками представляет собой статор реле; ротор реле выпол-
нен в виде барабанчика (фиг. III, 14).
Принцип действия аналогичен описанному для реле
фиг. III, 14, III, 16 и 111,16.
Для пояснения действия реле рассмотрим один из
возможных способов его включения, показанный соот-
ветственно на фиг. III, 32, /III, 33, III, 34 (подключение це-
пей тока), 111,35 (подключение цепей напряжения) и век-
торной диаграмме фиг. 111,36. Как видно из фиг. 111,32,
на каждом полюсе стального сердечника статора распо-
ложена обмотка тока или обмотка напряжения.
Обмотки тока и напряжения расположены так, что
каждый полюс с токовой обмоткой находится между дву-
мя полюсами с обмотками напряжения и наоборот. При
определении Мвр с целью упрощения можно рассматри-
При подведении токов и напряжений к обмоткам,
расположенным на полюсах реле, согласно фиг. 111,32
и векторной диаграмме фиг. 111,36, имеются следующие
сочетаний токов и напряжений,
вижном элементе реле.
создающие Мвр на под-
Ток
и
h
*С
Напряжение
^лс — Ucb
Uba-Uac
Uab — Уев
Фиг. 111,32. Принципиальная схе-
ма расположения обмоток на по-
люсах рабочей системы реле СВР
фирмы GEC.
Фиг. 111,33. Схема взаимодействия
между обмотками смежных полю-
сов многополюсного реле.
вать взаимодействие магнитных потоков только трех
смежных полюсов, например, полюса / (фиг. III, 32) с по-
люсами // и V7//; полюса III с полюсами IV и // и т. д.
Взаимодействие магнитного потока полюса / с магнит-
ными потоками полюсов, расположенных под углом 90°
(пространственных) (полюсы /// и VII), дает результи-
рующий момент, равный нулю, так как моменты взаимо-
действия от полюсов /У/ и VII с полюсом / взаимно урав-
новешиваются. Момент от полюсов, расположенных под
углом 135° (полюсы IV и VI), так же как и согласно дан-
ным ХЭМЗ, составляет оьоло 5% от момента смежных
полюсов.
Обозначим для общего случая ток в обмотке полю-
са / через /* х (фиг. III, 33), напряжения, подводимые к об-
моткам полюсов // и VIII, через ир11 и upVllI и углы
сдвига фаз между ^ и этими напряжениями через <ррп
и ср VIIl. В результате взаимодействия магнитного потока
от каждого крайнего полюса с магнитным потоком от
среднего полюса создаются на подвижном элементе ре-
ле Мвр9 противоположные по знаку.
Условимся, что полюс напряжения If, расположенный
по направлению движения часовой стрелки от иолюса
тока, создает Мвр с положительным знаком; полюс на-
пряжения VIII, расположенный против движения часовой
стрелки от полюса тока, создает Мвр с отрицательным
знаком. То*»да результирующий Мвр, воздействующий на
подвижный элемент реле, от взаимодействия магнитных
потоков всех трех полюсов:
Мвр —к [ар n-^i-cos^ и + $и) — ир vm/pi-cos (<^ VII1 +
4- 8VIII)] « fc-ip i [ир и-cos (<рр п + 8П) -
- up vnrcos (Ь viii + 8ш)]» (ш>34)
где угол Ь — дополнительный к внутреннему углу обмо-
ток напряжения (фиг. III, 16).
Фиг. Ш,34. Принципиальная схема вклю-
чения токовых обмоток рабочей системы
реле СВР (60° схема).
Угол сдвига фаз, а между токами и соответствующими
разностями линейных напряжений на зажимах реле при
cos9 = l получается при этом равным 60°.
Пользуясь принятыми при составлении (III, 34) усло-
виями, можно написать уравнения Мвр, создаваемых взаи-
модействием между потоками токовых полюсов /, ///, V
и VII и соответственных смежных полюсов напряжения.
С целью упрощения примем условия максимального зна-
чения моментов, когда cos (<рр + 8) ДЛя каждой пары по-
люсов равен единице. При наличии этих условий будем
иметь:
1) момент от взаимодействия потоков полюсов ///
и VII, созданных током /д, с потоками полюсов IV, II и
VIII, VI соответствующих напряжений:
-MepA = k [iA-(UBC- UBA) + tA (UAC- UAB)] -
- k-iA I - UCB - UBA + Uac + UBA] =
= k-iA(UAC-UCBy, (111,35)
2) аналогично между полюсами /, // и VIII от тока «в
и соответствующих напряжений:
Мврв - k.iB{UBA - UAC); (III,36)
3) между полюсами V, VI и IV от тока /с и соответ-
ствующих напряжений:
^epC=k-iC(UAB-UBC).
Суммарный момент от взаимодействий всех полюсов
Mtp = МврА+ Мер B + MepC = k [iA (UAC - UCB) +
+ h (Vba ~ Uас) + к {"ав ~ UacJl=k.Ps,
(Ш.37)
101
и максимальное значение мощности на зажимах реле, на
которую оно реагирует, при тех же условиях:
U
АС
') +
+ *c{Uab-Ubc). (111,38)
Анализировать Действие реле с помощью (111,37) и
(111,38) затруднительно. Поэтому в данном случае весьма
целесообразно использовать симметричные составляющие.
При симметричном трехфазном повреждении в линии
имеют место только токи положительной последователь-
ности, поэтому
Рр = 9.ар1 ./р1 • cos (n - 60° + S), (III, 40а)
где [ио1 и ipl — соответственно равны полным фазным
значениям напряжения и тока.
При коротком замыкании между двумя фазами в ли-
нии имеют место токи положительной и отрицательной
t
d
У Чя
»/? 4?
Фиг. 111,35. Прин-
ципиальная схема
включения обмо-
ток напряжения
рабочей системы
реле СВР (60° схе-
ма).
-В
-Я
УлвгЧво U*
ЦиТ^св
Щ/ГиАС
Фиг. 111,36. Векторная диаграмма для одного из способов
включения реле СВР фирмы GEC (60° схема).
Р выраженная через симметричные составляющие,
для схемы включения реле согласно фиг. III, 32, III, 34 и
111,35 будет
рр =9[«рг'/л"С08(91 —« + «) +
(111,39)
*р\ и 1Р2
где и j и а 2 — соответственно положительная и отрица-
тельная составляющие фазного напряже-
ния на зажимах реле;
соответственно положительная и отрица-
тельная составляющие фазных токов,
подведенных к зажимам реле;
?1 — Угол сдвига фаз между током и напря-
жением положительной последователь-
ности;
<Р2~~Угол сдвига фаз между током и напря-
жением отрицательной последователь-
ности.
102
Фиг. 111,37. То же, что и фиг. Ill, 36, но для случая за-
мыкания между двумя фазами.
последовательностей. При этом в месте повреждения
Ui = U2t а токи, пренебрегая влиянием тока нагрузки,
сдвинуты по фазе на угол 180°, т. е. *\ = /2,-<р2= 180° +
+■ <?Г(фиг. 111,37).
Делая подстановку в (111,39), после тригонометриче-
ских преобразований получаем, что при коротком замы-
кании между двумя фазами в месте установки реле
Pp=Vb-9upl. ipl cos (Ь - 90° + 8). (Ill, 406)
12. УДЕРЖИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Время срабатывания современных быстродействую-
щих защит весьма мало. Обеспечение правильного дейст-
вия такой защиты предъявляет особые требования
к исполнению реле. Неселективное действие защиты,
в частности, может произойти в определенных условиях
в результате несоответствия времен срабатывания от-
дельных реле, включенных в схему защиты.
Для пояснения сказанного на фиг. Ш, 38 приведена
упрощенная схема направленной защиты выключателя /
линии. Контакты органов схемы соединены последова-
тельно. Защита может действовать без выдержки вре-
мени (например, при наличии специальной блокировки,
см. гл. VI). На фидере имеется своя защита (на фиг. III, 38
не показана), которая отключает фидер при повреждении
на нем.
Направленная защита на выключателе / линии, со-
единяющей шины станций Л и В, не должна отключать
этот выключатель при повреждении на фидере, так как
мощность через выключатель направлена к шинам стан-
ции А от станции В. Однако это будет обеспечено толь-
ко при условии, если до замыкания контактов макси-
мального токового реле и все последующее время кон-
такты реле направления мощности будут разомкнуты.
Может оказаться, что до возникновения повреждения
на фидере контакты реле направления мощности находи
лись в замкнутом состоянии. При этом, для того чтобы
защита не подействовала на отключение выключателя
при повреждении на фидере, необходимо, чтобы контак-
ты реле направления мощности разомкнулись раньше,
чем замкнутся контакты пускового максимального токо-
вого реле. При повреждении в непосредственной близо-
сти от шин станции А Рр реле направления мощности
может быть весьма малой вследствие малой величины
остаточного напряжения. Поэтому реле направления мощ-
ности или вообще не разомкнет своих контактов или со-
гласно кривой фиг. Ill, 26 разомкнет с относительно боль-
шим временем, так что контакты максимального токо-
вого реле замкнутся раньше, чем разомкнутся контакты
реле направления мощности. В результате в течение не-
которого времени контакты обоих реле окажутся замк-
нутыми и выключатель / неправильно отключится. ,
нии напряжения на катушке Мвр от удерживающего
электромагнита исчезает и реле действует только под
мвр от электромагнита рабочей системы.
влиянием Мв^
Напряжение к катушке удерживающего электромаг-
нита подводится через" контакты пусковых реле.
В нормальных условиях указанные контакты пуско-
вого реле замкнуты. Этим самым замкнута цепь напря-
жения, и удерживающий электромагнит действует. При
возникновении повреждения в системе пусковое^ реле
размыкает свои контакты и этим прекращает действие
удерживающего электромагнита.
Удерживающие устройства бывают также необходи-
Фиг. 111,38. Элементарная схема включения на-
правленной защиты на линии, соединяющей две
генераторные станции.
Фиг. 111,40. Элементарная схема сети с двухсторонним питанием под-
станции, имеющей максимальную направленную защиту с нормально
замкнутыми контактами реле направления мощности.
мы для некоторых способов выполнения контактных си-
стем реле (гл. III, § 13).
В качестве второго примера выполнения удерживаю-
щей системы на фиг. III, 39 приведена схема удерживаю-
щей системы многополюсного реле типа СВР американ-
ской фирмы GEC. Удерживающая система выполнена
в виде отдельного элемента, закрепленного на общей
оси с рабочим элементом. Мвр удерживающего эле-
мента, включенного по схеме фиг. III, 39, пропорционален
площади треугольника напряжения и может быть выра-
жен уравнением
Фиг. 111,39. Прин-
ципиальная схема
включения удер-
живающей систе-
мы реле СВР фир-
мы GEC.
Для предотвращения неправильного действия защиты
в силу указанных причин необходимо, чтобы в нормаль-
ных условиях, т. е. до момента возникновения повреж-
дения, контакты реле направления мощности находились
в определенном положении. Для частного случая рассмот-
ренного примера контакты реле должны находиться в ра-
зомкнутом состоянии. Для выполнения этого требования
современные реле направления мощности снабжаются
иногда специальными удерживающими устрой-
ствами, которые в нормальных условиях удерживают
подвижную систему реле в строго зафиксированном по-
ложении. Для этой цели используют напряжение; отсюда
эти устройства называются иногда также удерживаю-
щими катушками напряжения. Удерживающее
устройство создает некоторый Мвр, воздействующий на
подвижную систему реле и зависящий от напряжения.
В реле индукционного типа ХЭМЗ (фиг. III, И) удержи-
вающее устройство представляет собой дополнительный
железный сердечник с короткозамкнутым витком. На сер-
дечник намотана обмотка напряжения. При наличии на-
пряжения создается Мвр9 который и удерживает диск
в левом или в правом крайнем положении в зависимости
от конструктивной разновидности реле. При исчезнове-
с Mep=Myd = UAB.UBC.sln(uAB, [}вс)л
13. ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ВКЛЮ-
ЧЕНИЯ КОНТАКТОВ РЕЛЕ В СХЕМАХ ЗАЩИТЫ
Существуют два основных принципиально различных
способа включения контактов реле: нормально разомкну-
тые и нормально замкнутые. В первом случае контакты
реле при отсутствии Рр находятся обычно под действием
пружины в разомкнутом состоянии и замыкаются только
при срабатывании реле.
Во втором случае, наоборот, контакты реле при от-
сутствии Р находятся под действием пружины в замк-
нутом состоянии и размыкаются только при срабатыва-
нии реле. Любое реле практически может быть выпол-
нено с нормально разомкнутыми и с нормально замкну-
тыми контактами.
Основные недостатки схемы с нормально замкнутыми
контактами у реле следующие:
1. При металлическом коротком замыкании в мерт-
вой зоне реле, например, на фидере фиг. 111,40, в непо-
средственной близости к месту установки реле направ-
ления мощности I и II напряжение на зажимах этих реле
будет близким к нулю. Вследствие этого Рр может ока-
заться меньше Рр,т* В этих условиях реле / и // не по-
действуют, контакты их останутся замкнутыми. При сра-
батывании пусковых токовых реле А, под воздействием
103
токов, подтекающих к месту повреждения, их контакты
также замкнутся. Этим самым замкнутся и цепи обмоток
реле времени 3, 4 и 6, и реле времени комплектов за-
щиты на выключателях 7, 2 и 3 подействуют. Если вы-
держки времени на реле времени 3 и 4 меньше выдержки
времени защиты на поврежденном фидере (реле 5 и 6),
то линии А — В и В — С отключатся неселективно вы-
ключателями 1 и 2А и подстанция В со всеми присоеди-
ненными к ее шинам потребителями потеряет питание.
2. Надежность замыкания контактов (нажатие) при
больших посадках напряжения может быть достигнута
только усилением противодействующей пружины. Послед-
нее нежелательно, так как вызывает увеличение Рр%т и
длины мертвой зоны защиты.
нормально замкнутыми, но под действием других моментов,
чем в первом способе.
Для уяснения особенностей действия реле при вклю-
чении контактов его по третьему способу приведены
фиг. III, 42 и III, 43.
Из фиг. 111,42, относящейся к реле с нормально ра-
зомкнутыми контактами, видно, что при реле с удержи-
вающими устройствами и нормально разомкнутыми кон-
тактами на подвижную систему реле действуют следую-
щие моменты:
1) от пружины — в сторону размыкания контактов;
2) от удерживающей системы — также в сторону раз-
мыкания контактов;
2£££$jjj££££
Рабочая
системе <g,
(показала условно У
с одной оЬмотной)
Фиг. 111,41. Элементарная схема сети с дьухсторонним питанием под-
станции, имеющей максимальную направленную защиту линий с нор-
мально разомкнутыми контактами реле направления мощности.
уйерЖидающая
^сист&мй
3. Затрудняется в некоторых случаях предотвраще-
ние неправильной работы направленной защиты при пе-
регорании предохранителей в трех фазах цепи напряже-
ния (см. гл. IV, § 16).
Основные недостатки схемы с нормально разомкну-
тыми контактами у реле следующие:
1. При металлическом коротком замыкании, например,
на линии // фиг. 111,41 в мертвой зоне реле направления
Фиг. 111,42. Эскиз взаимодействия вращающих моментов,
воздействующих на диск, при первом способе включения
контактов и наличии удерживающей системы.
мощности комплекта защиты У//, когда Рр реле
Wlu мень-
ше Рр,т, оно не подействует. В этих условиях, если на
линиях не имеется другой защиты, действие которой не
зависит от наличия напряжения, повреждение будет от-
ключаться защитой, установленной на последующих
участках, т. е. комплектами защиты / и У/, установленны-
ми на линиях А-В и В-С со стороны подста1Гций А и С.
В результате этого ближайшая к месту повреждение под-
станция В останется без напряжения и все присоединен-
ные к ее шинам потребители потеряют питание.
2. Время действия реле с нормально разомкнутыми
контактами при прочих равных условиях больше, „чем
реле с нормально замкнутыми контактами, так как на раз-
мыкание контактов всегда требуется меньше времени,
чем на замыкание.
3. Время действия реле непостоянно и зависит от
Рр (фиг. III, 23); оно больше у реле, ближе расположен-
ного к месту повреждения. Поэтому ступень селектив-
ности защиты Д* увеличивается на время, равное разности
времен действия реле при большой кратности Рр и при
~Л.т(Фиг- Ш'26).
В последнее время был предложен третий способ
включения контактов [Л. 1], в значительной мере устра-
няющий недостатки двух первых способов, однако не-
сколько усложняющий выполнение схем защиты. Он воз-
можен, однако, только для реле, которые снабжены
удерживающими устройствами.
При третьем способе включается реле с контактами
104
. Рабочая
система ^ „
(показана условно *&
с одной обмотноа)
ш
УдерЖибающая
_ '& система
Фиг. 111,43. Эскиз взаимодействия вращающих моментов,
воздействующих на диск, при третьем способе включе-
ния контактов.
3) от рабочей системы —в зависимости от направле-
ния мощности:
а) при направлении мощности от шин в линию —
в сторону замыкания контактов;
б) при направлении мощности из линии к шинам —
в сторону размыкания контактов.
При включении контактов реле по третьему способу
(фиг. 111,43) на подвижную систему реле действуют сле-
дующие моменты:
1) от удерживающей пружины — также в сторону
размыкания контактов;
2) от удерживающей системы — в сторону замыкания
контактов;
3) от рабочей системы — в зависимости от направле-
ния мощности:
а) при направлении мощности от шин в линию —
в сторону замыкания контактов;
б) при направлении мощности из линии к шинам —
в сторону размыкания контактов.
В этом случае:
1) при повреждении в мертвой зоне реле, вне преде-
лов защищаемой линии, когда мощность повреждения на-
правлена к шинам подстанции, неправильного действия
защиты не произойдет, так как реле разомкнет свои кон-
такты под действием пружины;
2) при повреждении на линии — собственное время
действия реле равно нулю, так как контакты уже зам-
кнуты;
3) время действия реле практически мало зависит
от Рру так как оно действует на размыкание контактов.
14. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ
Условия для действия и требования, предъ-
являемые к схемам включения реле.
К реле направления мощности не предъяв-
ляется требования правильно замерять величину
мощности, передаваемой по данной фазе или си-
стеме трех фаз. Реле должны только правильно
определять направление этой мощности, чтобы
можно было фиксировать место повреждения
по отношению к месту установки реле.
В соответствии с этим схема включения
реле направления мощности должна при повреж-
дении в системе обеспечить подачу максимально
возможной мощности на зажимы реле, причем
так, чтобы реле правильно определяло направле-
ние протекания мощности повреждения при
всех возможных видах повреждений, на которые
оно реагирует.
Известно, что при металлическом коротком
замыкании, например, между фазами В-С, напря-
жение между этими фазами Ubc в месте повреж-
дения равно нулю. Если поэтому подать Ubc на
зажимы реле, то оно может не подействовать.
Для того чтобы обеспечить надежное действие
реле при данном виде повреждения, необходимо
подавать на его зажимы не Ubc, а какое-то
другое напряжение, не равное нулю в этих
условиях.
С этой целью зажимы реле направления
мощности, как правило, присоединяют к изме-
рительным трансформаторам тока и напряжения
разноименных фаз. Этим можно обеспечить
при всех видах повреждений, кроме симметрич-
ных трехфазных, питание обмоток реле током
поврежденной фазы, и либо напряжением непо-
врежденных фаз, либо напряжением между .по-
врежденной и неповрежденной фазами. Поэтому
при всех видах повреждений, кроме симметрич-
ных трехфазных, можно обеспечить Мвр> не
равный нулю.
На фиг. III, 44 показана векторная диаграмма
токов и напряжений симметричной трехфазной
системы для условно принятого cos ср= 1. Из>
векторной диаграммы видно, что в нормальных
условиях в симметричной трехфазной системе
имеются: три равных по величине тока, три.
фазных и три линейных напряжения. Векторы,,
Фиг. 111,44. Век-
торная диаграмма
токов и напряже-
ний симметричной
трехфазной систе-
мы при коэфициен-
те мощности, рав-
ном единице.
изображающие эти токи и напряжения, имеют,,
однако, различное направление. Учитывая, что*
вектор каждого из напряжений может быть
повернут на угол 180°, для каждого вектора
тока имеется возможность получить двенадцать
различных сочетаний с векторами напряжений,,
подводимых к зажимам реле. Однако возмож-
ности целесообразного использования различ-
ных сочетаний токов и напряжений для вклю-
чения реле направления мощности весьма огра-
ничены. Основные из них разобраны ниже.
Действие реле в зависимости от способа
присоединения его зажимов к трансформато-
рам тока и напряжения. Из выражений для
мощности, на которую реле реагирует, напри-
мер (III, 10), следует, что Мвр при прочих равных
условиях может быть положительным или отри-
цательным, в зависимости от величины угла-
сдвига фаз между током и напряжением, под-
водимым к его зажимам.
Каждое реле направления мощности обычно
имеет условную отмеченную полярность своих
обмоток, т. е. условные начала и концы
(фиг. III, 45).
Началом обозначаются те концы обмоток
реле, при присоединении к которым условного
начала вторичных обмоток трансформаторов
тока и напряжения знак вращающего момента
реле соответствует знаку электрической мощ-
ности, протекающей по первичной цепи. По-
этому правильное действие реле помимо дру-
гих причин зависит от того, к каким зажимал®
105
Фиг. 111,45. Условное обо-
значение полярности обмо-
ток реле направления мощ-
ности.
Фиг. 111,46. Схема включе-
ния реле для действия при
положительном знаке мощ-
ности.
Фиг. 111,47. Схема включения реле
для действия реле при отрица-
тельном знаке мощности.
будут подведены напряжение и ток, имеющие
определенное условное положительное направ-
ление.
Допустим, что условное начало токовой об-
мотки реле, имеющего нормально разомкнутые
контакты (фиг. 111,46), присоединено к началу
обмотки трансформатора тока. К обмотке на-
пряжения подведено линейное напряжение UAC,
причем так, что начало обмотки присоединено
к фазе А трансформатора напряжения. При нор-
мальной симметричной системе токов и напря-
жений и условно принятом cos<p=l угол сдвига
фаз % между током и напряжением на зажимах
реле для положительно направленного первич-
ного тока будет равен 30е (фиг. III, 48). Мвр реле,
имеющего косинусную характеристцку, в соот-
ветствии с (III, 10) будет положительным и реле
будет стремиться замкнуть свои контакты.
Если же начало обмотки напряжения реле
присоединено к зажиму фазы С трансформатора
напряжения, как показано на фиг. III, 47, то
угол % согласно векторной диаграмме фиг. III, 48
окажется равным 150° и Мбр будет иметь отри-
цательный знак. Реле в этих условиях стре-
мится держать свои контакты разомкнутыми.
Тоже самое происходит, если вместо об-
мотки напряжения менять местами присоедине-
ния зажимов обмотки тока реле к зажимам
обмотки трансформатора тока. Поэтому уело*
вия присоединения реле направления мощности
должны быть строго соблюдены.
15. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕ-
НИЯ МОЩНОСТИ
Наиболее часто применяемыми схемами вклю-
чения реле направления мощности являются:
1) тридцатиградусная, 2) девяностоградусная и
3) шестидесятиградусная схемы.
Наименования схем соответствуют величи-
нам угла сдвига фаз между током и напряжением,
подводимым к зажимам реле, для нормальных
условий в системе при условно принятом
COS Ср= 1.
Сочетания токов и напряжений, подводимых
к зажимам реле, для указанных схем включения
реле приведены в таблице.
Во всехчвышеуказанных схемах включения
реле при нормальных условиях в системе на-
Сочетания токов и напряжений для различных схем включения реле направления мощности
Схема 30°; линейные напряжения
и фазные токи
Ток 1
1А
<В
1С
Напряжение
UAc
Uba
Ucb
Схема 90°; линейные напряжения
и фазные токи
Ток
и*
1В
к
Напряжение
Vвс
UCA
Vac
Схема 60°; линейные напряжения v
фаз
Ток
*АВ = 1А — *В
*ВС = *В ~~ 'С
*СА = 1С — U !
[ разность токов двух
Напряжение
U АС
UBA
Ucb
306
пряжения, подводимые к зажимам реле, отстают
от токов, подводимых соответственно к тем
же реле2
Такое сочетание токов л напряжений объяс-
няется тем, что в большинстве случаев при
повреждениях в системе ток повреждения всег-
да отстает по фазе от напряжения. Исключение
16. РАЗЛИЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УГЛА СДВИГА ФАЗ И
ВЛИЯНИЕ ИХ НА РАБОТУ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ
Для построения векторных диаграмм токов
и напряжений и анализа поведения реле направ-
ления мощности при различных схемах вклю-
чения необходимо иметь ясное представление
о четырех различных значениях угла сдвига
фаз между током и напряжением, от которых
зависит действие реле. Этими углами являют-
ся следующие:
1) угол сдвига фаз ip между током в обмот-
ке напряжения и напряжением, приложенным к
зажимам этой обмотки, или угол Ьу- являющий-
ся дополнительным к углу ъ,до 90°;
2) угол сдвига фаз
зажимах реле;
Чр между 1Р и ир на
ЦЧ^
Фиг. 111,49. Векторная диаграмма то-
ка и напряжений с указанием раз-
личных значений угла сдвига фаз.
Фиг. 111,48. Векторная диаграмма
тока и напряжения, подводимых
к зажимам реле для действия при
положительном и при отрицатель-
ном знаках мощности.
представляет емкостный ток замыкания на зем-
лю в сетях с изолированной нулевой точкой.
Однако емкостный ток для действия направлен-
ной защиты в этих сетях, как правило, не
используется. В сетях с глухо заземленной
нулевой точкой составляющая емкостного тока
ничтожно мала по сравнению с полным током
замыкания на землю и поэтому для практиче-
ских целей не имеет значения.
Таким образом принимается, что в условиях
повреждения вектор тока поврежденной фазы,
как правило, отклоняется в сторону отставания
от вектора напряжения соответствующей фазы
системы и приближается к вектору напряжения,
подводимого к зажимам реле.
Этим создаются условия, при которых:
1) косинус угла сдвига фаз на зажимах реле при
повреждениях в сети имеет всегда положитель-
ный знак и 2) величина этого угла сдвига фаз
на зажимах реле получается всегда меньше
той, которая получилась бы при подведении к
реле напряжения, не отстающего от, тока, а
сбвпадающего или опережающего ток. Умень-
шение^угла сдвига фаз на зажимах реле, имею-
щих косинусную характеристику, увеличивает
Мар, чем повышает надежность его действия,
в особенности при трехфазных повреждениях.
«V
Фиг. 111,50. Векторная диаграмма тока и на-
пряжения, подводимых к зажимам реле, при
изменении угла сдвига фаз <р3 от 0° до 90°
3)" импедансный угол системы ср,;
4) импедансный угол ср3 или % участка сети
от места установки реле до места повреждения
(см. гл. I). .
На фиг, III, 49 показаны углы <р„ <р3 и <fp
для частного случая однофазного замыкания на
землю фазы А при присоединении реле по 30°
схеме. Величина угла ср^ при различных видах
повреждения в сети зависит от углов ср, и ср3,
причем относительная степень влияния измене-
ния величины этих углов на величину угла <?р
различна для различных видов повреждения в
сети и разных схем включения реле.
На фиг. 111,50 и 111,51 приведены векторные диа-
граммы тока однофазного повреждения фазы А и напря-
жений, подводимых к зажимам реле, включенных по трид-
цатиградусной схеме. Токи неповрежденных фаз В и С
условно приняты равными нулю.
Рассмотрены крайние случаи, когда ?с ^ 90° и <рс ^ 0°.
Для импедансного угла поврежденного участка также
взяты крайние случаи, когда <р3 = 90° и <р3 = 0°. Из век-
торных диаграмм видно, что с изменением углов ус и <р3
изменяется величина напряжения на реле и угол ур.
Однако величина напряжения все же остается большой и
угол срр остается меньшим 90°. Следовательно, Рр остает-
ся положительной и достаточной по величине для дейст-
вия реле.
В дальнейшем, при построениях векторных
диаграмм токов и напряжений для простоты
107
рассуждений допускается, что переходные со-
противления в месте повреждения отсутствуют
и угол ср3 совпадает с углом <рг; поэтому угол
<рс на векторных диаграммах не указывается.
На основе этих допущений ниже рассмотрены
условия для действия реле при разных схемах
включения и различных видах повреждения в
сети.
АС Фиг. 111,51. Вектор-
ная диаграмма тока
и напряжения, под-
водимых к зажимам
реле, при изменении
угла сдвига фаз ус от
0° до 90°.
ЧЪ
Необходимо отметить, что 60° схема предло-
жена одной американской фирмой в последнее
время. В условиях эксплоатации в Союзе эта
схема еще полностью не изучена. Преимуществ
по сравнению с 30° и 90° схемами она не имеет
(Л. 2). Поэтому ниже рассматриваются только
две последние схемы.
17. УСЛОВИЯ ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ
ПОВРЕЖДЕНИЯ В СЕТИ
На фиг. 111,52 показано включение трех
однофазных реле по 30° и 90° схемам.
Векторы тока и напряжения одного и того
же реле на векторной диаграмме отмечены
соответственно одинаковым количеством попе-
речных черточек.
Для нормального режима условно принят
cos <p = l. При этом угол <fp по абсолютной
величине равен углу включения реле а и,
следовательно, составляет 30° в 30° и 90° в 90°
схеме.
Места повреждений условно принимаются
удаленными от места установки реле. Остаточ-
ные напряжения поэтому не равны нулю.
Остаточные напряжения поврежденных фаз
при двухфазном повреждении вследствие одно-
родности сети (ср3 = <pf) принимаются равными
по величине. Двухфазные повреждения рассма-
триваются между фазами В и С, однофазные для
фазы А.
Симметричные трехфазные повреждения.
Из векторных диаграмм видно, что для симме-
тричного4 трехфазного повреждения
Угол а может быть введен в выражение
Рр. Например, для косинусного реле уравнение
(III, 11) примет тогда вид
P„ = Up*i.cos (ft.]— а).
(111,42)
Подставляя значение^угла а для рассматри-
ваемых схем включения, соответственно будем
иметь:
для 30° схемы
р; = up-ip.cos (ер*'— 30°); (III, 43)
для 90° схемы
pp = Up—ip- cos ОРз — 90°). (Ill, 44)
Пользуясь векторными диаграммами фиг. III, 52
для трехфазного симметричного повреждения
и соотношениями (ИГ,43) и (111,44), можно
написать ^выражения для реле, установленного
на каждой фазе отдельно; например, на фазе Л:
для 30° схемы
Рра = иАс • 1а • cos (ср3 — 30°) _ (III, 45)
и для 90° схемы
PPA = tiBc-iA-cos(b— 90°). ~ (111,46)
Неодинаковость условий для действия реле,
включенных по той или другой схеме, опреде-
ляется таким образом только неравной вели-
чиной угла срр.
Величина угла <р3 для линий при замыканиях
между фазами колеблется в широких пределах.
Для воздушных линий этот угол при Rn = 0
(ср3 == ук) может иметь значения в пределах
от 20° до 80°, для кабельных линий — с/т 10°
до 20°. При замыканиях на землю этот угол
лежит ближе к 90°, чем при междуфазных
замыканиях.
Кроме того практика эксплоатации энерге-
тических систем показала; что большинство
повреждений на линиях сопровождается воль-
товой дугой. Дуга обладает почти чисто актив-
ным сопротивлением. Наличие дуги всегда
поэтому влияет в сторону уменьшения величи-
ны угла <р3 по сравнению с <р*. Поэтому в 90°
схеме реле направления мощности с чисто
косинусной характеристикой неприменимо. Для
этих целей используется реле с промежуточной
характеристикой. Результирующий угол для
этого реле, входящий в выражение Мвр или
пропорциональной ему PPt определяется как
ъ+ъ=*ъ—a+s-
(111,47)
ъ=*ъ—*-
(III 41)
За последнее время широко применяется
реле с промежуточным углом, равным ~45°,
т. е. Тр=5 = 45\
Подставляя значение углов а = 90° и 5=45°
в (111,47) и (111,46), получим выражение Рр
реле, имеющих промежуточный угол 45° и вклю-
108
А В С
'Jlj
! ifi
! **
I in
L* 1
<V
иВд 1
%? 1
Схема 30°
a =30°
«p
и
k
к
up
"ВС
UCa
Ufln
Схема 90°
a=90°
Фиг. 111,52. Схемы включения реле направления мощности и векторные диаграммы токов и
напряжений, подводимых к их зажимам при различных условиях в сети.
ченных по 90° схеме при симметричном трех-
фазном повреждении, например
Рра=иве • Мcos (?з — 45°),
(111,48)
Двухфазные и однофазные повреждения.
При двухфазных повреждениях условия работы
реле, включенных на разные фазы, различны.
Из фиг. 111,52 для замыкания между двумя
фазами видно, что напряжения, проводимые
к зажимам реле разных фаз, неодинаковы и
зависят от схемы включения^ В 90° схеме к
обоим реле с током повреждённых фаз подво-
дятся напряжения, соответствующие напряже-
ниям между одной поврежденной фазой и од-
<fc*Gc
<№f
Фиг.Ш,53. Вектор-
ная диаграмма то-
ка и напряжения,
подводимых к за-
жимам реле, с ука-
занием изменения
угла сдвига фаз на
зажимах реле за
счет изменения на-
пряжения на по-
врежденной фазе
при однофазном
замыкании назем-
лю.
Фиг. III, 54» Полная век-
торная диаграмма токов
и напряжений на зажи-
мах реле при 90° схеме
включения для повреж-
дения между фазами В
и С.
ной неповрежденной фазой. Величина этих
напряжений при двухфазных повреждениях
всегда остается достаточно большой, превы-
шающей величину нормального фазного на-
пряжения. Величина же угла <Рз практически
всегда < 90°. Поэтому Рр в этих условиях при
90° схеме всегда будет иметь положительный
знак. Следовательно, оба реле на поврежден-
ных фазах будут действовать правильно.
В 30° схеме к реле с током опережающей
поврежденной фазы,?так же как и в 90° схеме,
подводится напряжение, соответствующее на-
пряжению между одной поврежденной и одной
неповрежденной фазами. Величина этого на-
пряжения всегда остается достаточно большой.
Согласно векторной диаграмме фиг. III, 52 Рр бу-
дет иметь положительный знак. Следовательно,,
это реле всегда будет действовать правильно.
К реле с током отстающей поврежденной фазы
подводится напряжение, соответствующее на-
пряжению между двумя поврежденными фазами.
При металлическом коротком замыкании в не-
посредственной близости к месту установки
реле напряжение между поврежденными фаза-
ми может быть равным нулю. Тогда, как видно
из векторной диаграммы фиг. 111,52, Рр реле
с током отстающей фазы С равна нулю, и
реле не подействует.
Действие реле с током неповрежденной
фазы не рассматривается в предположении (для
простоты), что ток в неповрежденной фазе
равен нулю и, следовательно, Рр = 0.
При однофазном замыкании на землю в
обеих схемах Рр реле с током поврежденной
фазы имеет положительный знак. В 90° схеме
напряжение на реле остается равным линейному
напряжению между неповрежденными фазами.
В 30° схеме напряжение на реле также доста-
точно велико. Поэтому в обеих схемах реле с
током поврежденной фазы действуют правильно.
Однако при более точном анализе действия реле в
условиях несимметричных повреждений при определении
угла ур и Рр необходимо учитывать изменение угла ур
за счет изменения векторной диаграммы напряжений на
поврежденных фазах.
В качестве примера на фиг. 111,53 показана векторная
диаграмма тока поврежденной фазы и напряжений для
однофазного замыкания на землю фазы А. При изменении
напряжения фазы А от нормального значения до нуля
положение вектора линейного напряжения UAq на реле
фазы Л, включенного; например, по 30° схеме, изменяет-
ся не только по величине, но и по направлению на не-
который угол РД. Величина угла рд может колебаться
примерно в пределах от 0° до 30°. С изменением угла рА
будет изменяться и угол на зажимах реле. Вводя угол рА
в (III,41), для рассматриваемого случая получим
^РА^зА-'-Рл (Ш,49)
и
Рра = Uac-U-cos [(<рзЛ — (30° + рА)]. (111,50)
В 90° схеме к реле с током поврежденной фазы при
однофазном замыкании на землю подводится линейное
напряжение двух неповрежденных фаз.
Угол рд от изменения напряжения поврежденной фазы
в этом частном случае не оказывает влияния на вели-
чину угла на зажимах реле. Поэтому Рр может быть оп-
ределена с помощью (111,48).
На фиг III,54 показана векторная диаграмма токов
и напряжений, подводимых к зажимам реле при замыка-
нии между фазами В к С. Они соответствуют включению
реле по 90° схеме. Там же обозначены все углы, необхо-
димые для определения угла ур.
Для точного анализа действия реле направления мощ-
ности при несимметричных повреждениях для реле, вклю-
ченных соответственно по 30° и 90° схемам, можно поль-
зоваться следующими выражениями, например, для фа-
зы А:
ПО
для 30е схемы
РРА = "AC-U-COS* (9ЯЛ + S) (Ш.51)
и для 90° схемы
Ррл = ивс-1А* cos \(<оРА + Ь). (III, 52)
Угол же чр должен быть определен из векторной
диаграммы токов и напряжений, построенных для каждо-
го отдельного случая.
18. УСЛОВИЯ ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ ПРИ ЗАМЫКАНИИ ЗА СИЛОВЫМ,3
ТРАНСФОРМАТОРОМ С СОЕДИНЕНИЕМ ОБ-
МОТОК ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК
При коротком замыкании за силовым трансформато-
ром с обмотками, соединенными по схеме звезда-треуголь-
ник, векторные диаграммы токов и напряжений до транс-
форматора искажаются, что может вызвать неправильное
действие реле направления мощности.
Фиг. Ш,5б. Векторная диаграмма токов и напряжений,
подводимых к зажимам реле, включенных по 30°^схеме
при повреждении по фиг. III, 55 с Rn = 0.
h Uah&UbQ
Фиг. 111,57. Векторная диаграмма токов и напряжений,
подводимых к зажимам реле, включенных по 90° схеме,.
при повреждении по фиг. III, 55 с Rn = 0.
Фиг. 111,55. Схема распределения токов" в трансформа-
торе, имеющем соединение обмоток звезда-треугольник,
при двухфазном повреждении со стороны звезды.
На фиг. III,55 показана упрощенная схема силового
трансформатора и реле направления мощности, включен-
ных со стороны обмотки, соединенной в треугольник.
Для силового трансформатора, имеющего соединение
обмоток а/Д-21» токи и напряжения соответствен*
но со стороны треугольника и звезды имеют следующие
соотношения:
Фиг. Ш,58. Векторная диаграмма токов и напряжений,
подводимых к зажимам реле, включенных по 30° схеме,
при повреждении по фиг. III, 55 с Rn ф 0.
Ш,58. Векторная
иа
Ua> Uea = Ub'> Uce = LrC>
In =■ in — i>r = I a
' ft == Ir
lc In Ic
'c — lc la — *c 'A
nm силового трансформатора со стороны звезды к сто-
роне треугольника принят при этом равным -/~3 .
На фиг. 111,56 и Щ,57 показаны упрощенные вектор-
ные диаграммы токов и напряжений иа реле при метал-
лическом коротком замыкании со стороны звезды си-
лового трансформатора, между фазами В-С, т. е. при
UВС — 0- Т°к в неповрежденной фазе /д и падение на-
пряжения в обмотках трансформатора не учитываются.
Фиг. III,56 соответствует включению реле по 30° схеме,
фиг. 111,57 —по 90° схеме.
Фиг. 111,59. Векторная диаграмма токов и
подводимых к реле, включенных по схеме
вреждении по фиг. III, 56, с Япф
напряжении,
90°, при по-
0.
111
Из фиг. III,56 видно что в ,30е -схеме угол <рр с током
фазы С больше 90°. Следовательно, реле на фазе С в
этих условиях имеет отрицательный Мвр и действует
неправильно. В 90° схеме (фиг. III, 57) реле на всех трех
фазах действуют правильно, так как угол ур всех реле
меньше 90°.
Однако при повреждении между теми же фазами с
большим переходным сопротивлением условия для дейст-
вия реле изменяются.
В этих условиях ивсф0 и угол* сдвига фаз между
током и напряжением поврежденных фаз меньше, чем в
предыдущем случае.
Из фиг. III, 58 видно, что при замыкании через пере-
ходное сопротивление угол ур реле, включенных по 30°
*хеме, для всех фаз меньше 90° и, следовательно, реле
на всех трех фазах действует правильно. В 90° схеме
(фиг. III, 59) угол <?р реле с током фазы А несколько
больше 90°. Поэтому реле фазы А в этих условиях мо-
жет подействовать неправильно.
Какая из схем с этой точки зрения имеет неоспо-
римые преимущества, в общем случае сказать затрудни-
тельно. Обе схемы обладают по существу одним и тем
же недостатком, только при разных значениях переход-
ного сопротивления в месте повреждения. Для того что-
-бы в рассматриваемом случае отдать предпочтение той
или другой схеме, необходимо знать наиболее вероятную
величину переходного сопротивления в месте поврежде-
ния применительно к конкретным условиям места уста-
новки реле и рассматриваемому моменту времени после
возникновения повреждения. Обычно считается, что в
большинстве случаев 90° схеме все же должно быть от-
дано предпочтение, так как возможность неправильного
действия однофазных реле в ней практически менее ве-
роятна, чем при 30° схеме.
г «* Трехфазные реле направления с жестким подводом
напряжения работают в рассматриваемом случае пра-
вильно при любой из схем включения.
19. ДЕЙСТВИЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ НА НЕПОВРЕЖДЕННЫХ ФАЗАХ
Во всех" приведенных выше рассуждениях токи в
неповрежденных фазах принимались равными нулю. Од-
нако это является справедливым только для частных и
-весьма редких случаев. В общем же случае токи в не-
поврежденных фазах не равны нулю.
Направление мощности в неповрежденной фазе в
большинстве случаев не определяется расположением
места повреждения по отношению к месту установки
реле и поэтому реле направления мощности, включен-
ное на ток неповрежденной фазы, может действовать
неправильно и вызвать неправильное отключение линии.
&* На фиг. Ill, 60 показана упрощенная схема системы,
имеющей два источника питания. Рассматриваются усло-
вия действия реле на одной из промежуточных подстан-
ций А.
Нормаль») избыточная генераторная мощность стан-
ции Гп передается к шинам станции /^ для питания фи-
деров потребителей (осветительная нагрузка), отходящих
от шин данной станции.
й' Для упрощения чертежа фидеры потребителей, от-
ходящие от шин станции Гп и подстанций А, не пока-
заны. На фиг. III, 60 стрелками показаны токи нагрузки,
передаваемые от станции Гц к станции Tj #
На фиг. III, 61 показана та же система, но в условиях,
когда произошло короткое замыкание между фазами В и С
на линии между станцией Гп и подстанцией А На каждой
фазе обеих линий, отходящих от шин подстанции А, в
направлении к шинам станций Гг и Гп установлено по
реле направления мощности. На фиг. 111,62 и III, 63 при-
ведены векторные диаграммы токов и напряжений для
этих реле для частного случая осветительной нагрузки
(см. гл. I, § 3). Фиг. III, 62 соответствует комплекту реле 7,
а фиг. Ill, 63 комплекту 2 фиг. III, 61.
На схеме фиг. III, 61 видно, что токи в поврежденных
фазах В и С в линии А—Гц со стороны подстанции А
изменились по величине и направлению. Стрелками 1ВВ и
/сз соответственно показаны токи повреждения в фазах
В и С, подтекающие к месту повреждения от станции Г1#
В неповрежденной фазе А продолжает протекать ток
нагрузки в направлении от станции Гц к станции Г1у
возвращаясь обратно к шинам станции Гп по фазам В и С.
За * положительное направление токов на фиг. III, 62 и
111,63 принято направление, соответствующее направлению
от шин подстанции А в линию. Векторы, изображающие
А
/.
ш
е-
/вн
±сн
Iah
*ан
Jbh
Iqh
Jch
1сн
•a
Фиг. 111,60. Токораспределение в элементарной системе
с двухсторонним питанием при нормальных условиях.
Фиг. 111,61. Токораспределение в системе при двухфаз-
ном повреждении на одной из линий.
на фиг. III, 63 токи /д3 и /сз» занимают положение, соответ-
ствующее этому принятому положительному направлению.
Вектор тока фазы А занимает обратное положение, так
как ток в фазе А имеет направление к шинам подстанции А.
На фиг. 111,62 векторы токов в каждой фазе имеют об-
ратное направление по отношению к векторам токов тех
же фаз фиг. III, 63. Это объясняется тем, что согласно
фиг. III, 61 токи в фазах В и С в линии А-А имеют на-
правление к шинам, а ток фазы А от шин подстанции А.
Полные токи в фазах В и С соответственно iBn и *сл на
обеих диаграммах равны геометрической сумме токов
повреждения /д3 и /с3 и токов нагрузки 0,5 /д.
Кроме векторов полных токов в фазах на фиг. III, 62,
и III, 63 сплошными линиями нанесены напряжения на за-
жимах реле, включенных по 90° схеме. На фиг. 111,64 и
III, 65 соответственно нанесены токи и напряжения на реле,
включенных по 30° схеме. Угол <рр с током неповрежденной
фазы <рРА (фиг. 111,63 и 111,65) для обеих схем включения
реле больше 90°. Поэтому реле фазы А комплекта защиты 2
не действует, так как Мвр на реле имеет отрицатель-
ный знак. Отключение линии будет произведено в
результате действия реле с током фаз В и С в 90° схеме
и в результате действия реле с током фазы В, а также
фазы С при UBC фЪъЖ схеме. Таким образом повреж-
денная линия Гц-А при обеих схемах включения реле
отключается правильно. Неповрежденная линия Г^А долж-
на оставаться в работе. Однако из рассмотрения фиг.
Ш,62 и III, 64 видно, что угол ур с током фазы А (ком-
плект со значком I фиг. III, 61) меньше 90° для обеих схем
112
включения реле. Следовательно, Мвр на реле фазы А
имеет положительный знак. Реле сработает и может
произвести неправильное отключение линии Г^А.
*~ С этой точки зрения рассматриваемые схемы вклю-
чения реле имеют незначительные отличия друг от друга.
Разница по существу заключается только в, том, что к
реле с током неповрежденной фазы подводятся неодина-
ковые напряжения. В 90° схеме ток /д* фазы А сочетается
с напряжением Use (фиг. III, 62), т. е. с напряжением между
обеими поврежденными фазами. При близком металли-
ческом коротком замыкании это напряжение может
оказаться равным нулю. Тогда реле фазы А не подей-
ствует. Но это только частный случай. В общем же случае
при Uвс Ф 0 реле фазы А в 90° схеме может также
подействовать неправильно, как и в 30° схеме.
Общие выводы по сравнению 30° и 90° схем
включения реле направления мощности. На ос-
нове рассмотренных примеров условий для
действия реле с углом -^=8 = 45°, включенных по
90° схеме, и для косинусных реле, включенных
по 30° схеме, можно сделать следующие выво-
ды:
1. При симметричных трехфазных поврежде-
ниях Рр для обеих схем практически одинакова
[см. уравнение (111,45) и уравнение (111,48)].
2. При двухфазных повреждениях условия
для обеих схем несколько различны: в 90° схеме
всегда надежно действует реле на обеих по-
' > /СО -
*JC \ U г
Фиг. 111,62. Векторная диаграмма токов
и напряжений, подводимых к зажимам
комплекта реле 1 фигПИ, 61, включен-
ных по 30° схеме.
Фиг. Ш,бЗ. Векторная диаграмма то-
ков и напряжений, подводимых к за-
жимам реле комплекта 2 фиг. III, 61,
включенных по 30° схеме.
Фиг. 111,64. Векторная диаграмма то-
ков и напряжений, подводимых к за-
жимам реле комплекта 1 фиг. III, 61,
включенных по 90° схеме.
Практически неправильное действие защиты в резуль-
тате действия реле с током неповрежденной фазы ис-
ключается тем, что, как указывалось выше, в схемах
максимальной направленной защиты кроме реле направ-
ления мощности имеются максимальные токовые реле,
служащие пусковыми органами защиты. В начале гл. III
говорилось, что ip m максимальных токовых реле пускового
органа выбирается больше возможного тока максимальной
нагрузки. Кроме того пуск при однофазных реле направ-
ления мощности должен осуществляться пофазно.
Как известно, нри однофазных замыканиях на землю
во всех фазах протекает составляющая тока нулевой
последовательности. В зависимости от места располо-
жения повреждения и заземления нулевых точек системы
по отношению к месту установки защиты составляющая
тока нулевой последовательности, вызванная поврежде-
нием, может совпадать по направлению с током нагрузки
в неповрежденных фазах. В результате этого ток в не-
поврежденных фазах в системах с наглухо заземленными
нулевыми токами может значительно превышать ток,
обусловленный нагрузкой. Для того чтобы не допустить
неправильного действия защиты вследствие неправильного
действия однофазных реле мощности на неповрежденных
фазах, необходимо при расчете тока трогания реле
пусковых органов исходить из результирующего тока в
неповрежденных фазах, определяемого геометрической
суммой тока нагрузки и составляющей тока, обусловлен-
ной наличием повреждения в наиболее опасной точке
сети.
8 Релейная защита
Фиг. 111,65. Век-
торная диаграмма
токов и напряже-
ний, подводимых к
зажимам реле ком-
плекта 2 фиг. 1Д,61,
zM включенных по 90°
2 схеме.
врежденных фазах; в 30° схеме надежно дей-
ствует реле только на одной опережающей
поврежденной фазе. На второй отстающей по-
врежденной фазе при напряжении между по-
113
врежденными фазами, близком к нулю, реле
может отказать в действии.
3. При повреждениях за силовым трансформатором с
соединением обмоток звезда-треугольник имеется возмож-
ность неправильного действия реле как в той, так и в
другой схеме, в зависимости от величины Rn в месте по-
вреждения й величины угла ур.
4. Наличие тока в неповрежденной фазе в той и другой
схеме может вызвать неправильное действие реле на не-
поврежденной фазе неповрежденной линии.
Исходя из сказанного, следует, что 90° схе-
ма с реле, имеющим угол S=45°, обладает не-
которым преимуществом против 30° схемы при
двухфазных повреждениях.
Кроме того, как будет указано ниже, в двух-
фазных схемах защиты 30° схема является во-
обще неприемлемой, так как при двухфазных
повреждениях между фазой, не имеющей транс-
форматора тока, как опережающей и другой
фазой как отстающей защита откажет в дей-
ствии. 90° схема и в этих условиях обеспечивает
правильную работу.
20. РАСЧЕТ МЕРТВОЙ ЗОНЫ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ
Как уже говорилось, мертвой зоной реле
направления мощности называется та часть за-
щищаемой зоны, при повреждениях в пределах
которой реле не действует вследствие того,
ЧТО Рр<Рр.т.
В 90° схеме мертвая зона реле может быть
только при трехфазных коротких замыканиях,
когда ко всем трем реле подводится остаточное
напряжение ме^ду поврежденными фазами. В
30° схеме помимо трехфазного короткого замы-
кания реле с током отстающей фазы может
находиться в мертвой зоне и при двухфазном
коротком замыкании.
Однако, вследствие того что при двухфазном
коротком замыкании и в 30° схеме одно из реле
на опережающей фазе всегда действует надеж-
но (при трехфазной защите), расчет мертвой
зоны реле ведется только для трехфазного
короткого замыкания.
Расчет длины мертвой зоны реле ведется
для металлического повреждения с Яя = 0. При
наличии переходного сопротивления падение
напряжения на нем может оказаться достаточ-
ным для действия реле даже при повреждении
в непосредственной близости к месту установки
защиты.
Предположим, что повреждение произошло
на границе мертвой зоны реле (фиг 111,66).
Остаточное фазное напряжение на шинах под-
станции равно току короткого замыкания /„,
умноженному на сопротивление положительной
последовательности ZA участка линии от шин
подстанции до места повреждения, т. е.
где Zx — полное сопротивление положительной
последовательности, приходящееся на
1 km линии; /
1Х — длина участка линии от места повреж-
дения до места установки реле в ки-
лометрах.
Согласно уравнению (III, 42) Рр = ир • ip •
•cos(<p3 — a).
Ток в реле равен L=--£-.
Напряжение на зажимах реле для схем с
линейным напряжением равно
Uk*^Ik %а я=э*к &\ *х
У*Цк_1кгх1ж
где пн — коэфициент трансформации трансфор-
матора напряжения.
Фиг. 111,66. Диаграмма остаточных напряжении на шинах
подстанции при симметричном трехфазном коротком за-
мыкании на линии.
Подставляя значения ip и ир в (III, 42) и при-
нимая во внимание, что для рассматриваемого
места повреждения Рр = Рр.т, получим
Ро. т —
р. т
Птпн
I*2 - lx-cos (% —а).
Из полученного соотношения определяется
длина мертвой зоны реле
t e^ . Рр-т km. (Ш,53)
Выражение (III, 53) выведено для однофазных
реле. При применении двухфазных реле знаме-
натель (111,53) должен быть умножен соответ-
ственно на два:
1 птпн Р*™ /ттт г*л\
1*~-2/Т^ ' '2«-cos(?8-a)km- (Ш>54>
Для трехфазных реле соответственно
U
Пщ'Пн
Гр>т
-km. (111,55)
З/З-*! /2KCOS (ср3—а)
Сравнивая уравнения (111,53) с (111,54) и
(III, 55), видим, что в случае применения мно-
гофазных реле длина мертвой зоны при прочих
равных условиях уменьшается.
Однако уменьшение длины мертвой зоны
реле не определяется прямой кратностью от
числа фаз реле. Вследствие того что подвижная
система многофазного реле является более
114
тяжелой, Pp. m многофазного реле больше Рр.т
однофазного реле при прочих равных условиях.
Необходимо также отметить, что посколь-
ку Рр.т в функции 1К не является постоянной
величиной, а обычно возрастает с увеличением /*,
при определении мертвой зоны необходимо
принимать Рр.т в соответствии с расчетным то-
ком короткого замыкания 7*.
21. ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ
РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Мертвая зона реле направления мощности при сим-
метричных трехфазных коротких замыканиях не может
быть полностью устранена, так как при Rn=0 в непо-
средственной близости к месту установки реле напряжение
всех фаз, подводимых к зажимам реле, равно нулю. Од-
нако длина мертвой зоны реле может быть уменьшена и
тем самым повышена полноценность защиты. Основным
мероприятием по уменьшению длины мертвой зоны явля-
ется уменьшение Рр т-Рр т тратится в основном на пре-
одоление механических сопротивлений, противодействую-
щих повороту подвижной системы реле. Отсюда следует,
что реле должно обладать легкой конструкцией подвиж-
ной системы, которая позволяет уменьшить усилие про-
тиводействующей пружины и сопротивления трению при
ее повороте. Существуют также некоторые способы умень-
шения длины мертвой зоны реле путем искусственного
повышения напряжения на обмотке напряжения реле при
малых напряжениях на его зажимах. Для этой цели, на-
пример, последовательно с обмоткой напряжения включа-
ется емкость, а параллельно обмотке — некоторое актив-
ное сопротивление (фиг. III, 67). Емкость конденсатора
настраивается в резонанс с индуктивностью обмотки напря-
жения (ш£ = —£—). Активное сопротивление выполняется
из тиритаили аналогичного ему по свойствам материала.
Свойство этого материала заключается в том, чтв величи-
на его сопротивления зависит от приложенного к нему на-
пряжения, причем с увеличением напряжения сопротивле-
ние уменьшается. При значительных напряжениях на за-
жимах реле сопротивление R, шунтирующее обмотку на-
пряжения, мало и резонанс отсутствует. При малых напря-
жениях на зажимах реле сопротивление R сильно возра-
стает и приближает условия контура к резонансу. При
весьма малых напряжениях на зажимах реле, недостаточ-
ных для его действия, напряжение на обмотке реле вслед-
ствие резонанса контура может быть значительно выше
напряжения на зажимах реле и оно придет в действие.
Таким образом чувствительность реле увеличивается и
мертвая зона уменьшается.
22. ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Реле направления мощности, как правило,
являются вторичными. Их обмотки тока при-
соединяются к трансформаторам тока, а обмотки
напряжения к трансформаторам напряжения.
Назначение, устройство» присоединение и
маркировка выводов трансформаторов на-
пряжения. Трансформаторы напряжения пред-
назначены для:
1) изоляции защитных и измерительных ап-
паратов и их цепей от высоких напряжений
сети;
2) обеспечения безопасности персонала, об-
служивающего эти аппараты и цепи;
3) трансформации первичного напряжения
до величины вторичного напряжения, удобного
для измерений.
8*
Стандартное вторичное напряжение в СССР
принято равным 100V. Однако в эксплоатации
находится еще много трансформаторов со вто-
ричным напряжением, равным 110V.
Условное обозначение трансформатора на-
пряжения показано на фиг. 111,68.
Первичная обмотка трансформатора напря-
жения присоединяется параллельно к элементу
системы, напряжение которого измеряется. Ко
вторичной обмотке присоединяются обмотки
измерительных приборов или обмотки напря-
жения реле. Концы первичной и вторичной
обмоток имеют маркировку, т. е. условное
обозначение начала и кон^а4 каждой обмотки.
Уэбмотки
ABO
k
-<4
'Р-
Hh Ьн
li ft W-
« №
Фиг. 111,67. Схема резо-
нансного контура для по-
вышения чувствительно-
сти действия реле на-
правления мощности.
J
Фиг. 111,68. Условное
обозначение трансфор-
матора напряжения.
нагр
Фиг. 111,69. Определение полярности обмоток
трансформатора напряжения.
На фиг. III, 68 это обозначение показано соот-
ветственно буквами Н, н и Кш к. Условные нача-
ла и концы первичной и вторичной обмоток на-
ходятся в определенной связи, в зависимости
от способа намотки этих обмоток.
Допустим, что на стальной сердечник (фиг.
III, 69) намотаны в одинаковом направлении две
обмотки / и //. Обмотка / присоединена к
источнику питания, а обмотка // замкнута на
некоторое сопротивление нагрузки {ZHa?p). Под
действием тока в первичной и вторичной об-
мотках в стальном сердечнике создается маг-
нитный поток Ф. Соответствие между положи-
тельными направлениями токов / и i магнит-
ного потока Ф, сцепленного с обеими обмот-
ками, устанавливается по правилу штопора.
115
Допустим, что в данный момент направления'
магнитного потока э. д. с. напряжений и токов
соответствуют стрелкам на фиг. III, 69.
Считая произвольно верхний конец первич-
ной обмотки за начало Hf а нижний — за конец
Ку верхний зажим вторичной обмотки обозна-
чают как начало н и нижний как конец к. Таким
образом за начало вторичной обмотки прини-
мают тот ее конец, из которого ток i выходит
при направлении тока в первичной обмотке от
условно принятого начала к концу.
Принятое правило обозначения начала и
конца обмоток трансформатора напряжения по-
зволяет обусловить такое направление вторич-
ного напряжения по отношению к присоеди-
ненным ко вторичной обмотке измеритель-
ным приборам или реле, как если бы эти
приборы или реле были присоединены непо-
средственно к первичной цепи.
Если бы обмотки трансформатора напряже-
ния были намотаны в разных направлениях, то
при прочих равных условиях ток вторичной
обмотки в представленный на флг. III, 69 момент
выходил бы из нижнего конца обмотки. В со-
ответствии с этим и маркировку концов вто-
ричной обмотки пришлось бы поменять местами.
Необходимо отметить, что на одном сердеч-
нике трансформатора напряжения могут быть
размещены не одна вторичная обмотка, а не-
сколько. Однако принципиальные положения
работы трансформатора от этого не изменяются.
Условия для определения полярности каждой
из вторичных обмоток по отношению к первич-
ной совершенно одинаковы независимо от их
числа.
Векторная диаграмма трансформатора на-
пряжения. Для построения векторной диаграм-
мы трансформатора напряжения необходимо
принять условные положительные направления
токов, э. д. си напряжений соответственно для
первичной и вторичной обмоток. При построе-
нии векторной диаграммы для трансформаторов
тока в гл.П,§11 указывалось, что существуют
два способа обозначений условных положитель-
ных направлений токов и напряжений первичной
и вторичной обмоток трансформатора. При пер-
вом способе условные положительные направ-
ления i и Un принимаются противоположными
по отношению к положительным направлени-
ям соответственно /и (/[. При втором способе
положительные направления тока i и напря-
жения tin вторичной обмотки принимаются оди-
наковыми с положительными направлениями
тока / и напряжения U\ первичной обмотки.
Порядок построения, а также принципиальный
вид векторной диаграммы трансформатора на-
пряжения одинаков с векторной диаграммой
трансформатора тока. На фиг. III, 70 показаны
упрощенные векторные диаграммы трансформа-
тора напряжения, построенные соответственно
116
по первому и второму способам обозначений
условных положительных направлений, для ко-
эфициента трансформации, условно принятого
равным единице. На фиг. 111,71 дана полная
диаграмма для первого рекомендуемого спо-
соба изображения.
■й4г \4
Л
k
tip
Фиг. 111,70 (а и Ь).
Упрощенные век-
торные диаграммы
первичного и вто-
ричного напряже-
ний трансформато-
ра напряжения при
первом и втором
способах обозначе-
ния условных по-
ложительны с на-
правлений.
Фиг. III, 71. Полная векторная диа-
грамма трансформатора напряжения,
построенная по первому способу обо-
значения условных положительных
направлений тока и напряжения.
Условия работы трансформатора напряже-
ния. С принципиальной точки зрения трансфор-
матор напряжения ничем не отличается от лю-
бого трансформатора. Разница заключается
только в конструктивном выполнении, в соот-
ветствии с его назначением и условиями рабо-
ты. Нагрузкой вторичной обмотки трансфор-
маторов напряжения являются только обмотки
напряжения контрольно-измерительных при-
боров и защитной аппаратуры. Поэтому мощ-
ность трансформаторов напряжения практически
является ничтожно малой по сравнению с мощ-
ностью системы, к которой они приключаются.
Первичное напряжение трансформаторов напря-
жения практически не зависит ог нагрузки во
вторичной цепи и зависит только от напряже-
ния элемента системы, к которому приключен
трансформатор. К трансформаторам напряже-
ния предъявляется требование большой точно-
сти в показаниях напряжений на вторичной сто-
роне. Поэтому они выполняются так, что нор-
мально работают в режиме ненасыщенной части
характеристики.
Номинальная нагрузка вторичной цепи дает-
ся в вольтамперах. Вследствие относительно
малой величины нагрузки во вторичной цепи
нормальные условия работы трансформатора
напряжения близки к условиям холостого хода.
Погрешности. Погрешности трансформато-
ров напряжения подразделяются на погрешности
в напряжении и погрешности в угле.
Каждый трансформатор напряжения- имеет
так называемый номинальный к'оэфи-
циент трансформации, который пред-
ставляет собой отношение первичного номи-
нального напряжения ко вторичному номиналь-
ному напряжению и для данного трансфор-
матора является постоянным.
Действительный коэфициент трансформации
не является строго постоянным и изменяется
в зависимости от нагрузки во вторичной цепи,
величины первичного напряжения и т. д. Под
действительным коэфициентом трансформации
подразумевается отношение действительных на-
пряжений: первичного ко вторичному.
Процентное отклонение действительного на-
пряжения tin от величины, получаемой делением
первичного напряжения Ui на номинальный коэ-
фициент трансформации пн ном, называется п о-
грешностью в напряжении трансформа-
тора. Величина этой погрешности определяется
формулой
"я— ——
/«Х= -^МОО. (111,56)
"н ном
Трансформатор напряжения имеет погреш-
ность в угле §; под углом § понимается угол
сдвига фаз вторичного напряжения по отноше-
нию к первичному, согласно векторной диаграм-
ме фиг. 111,71.
Погрешность в угле измеряется в минутах
и считается положительной, если вектор вторич-
ного напряжения согласно фиг. III, 71 опере-
жает вектор первичного напряжения, и отрица-
тельной, если вектор вторичного напряжения
отстает от вектора первичного напряжения.
Конструкции трансформаторов напряже-
ния. Конструкции трансформаторов напряжения
весьма разнообразны. Описание, их не входит в
объем настоящей книги. Необходимо только от-
метить принципиальные особенности конструк-
ций трансформаторов, имеющие существенное
значение для целей защиты, а именно:
1) трансформатор может быть однофазным
или трехфазным;
2) трансформатор может быть выполнен
двухобмоточным или трехобмоточным;
3) трехфазный трансформатор может быть
трехстержневым или четырех- и пятистержне-
вым;
4) трансформатор может быть каскадным;
5) вместо трансформатора могут быть исполь-
зованы емкостные делители напряжения с при-
менением специальных дополнительных приспо-
соблений.
Для первичных напряжений до 35 kV транс-
форматоры напряжения выполняются трехфаз-
ными или однофазными.
Для первичных напряжений выше 35 kV
трансформаторы напряжения выполняются, как
правило, однофазными. Трехфазные трансфор-
маторы для таких высоких напряжений имели
бы чрезвычайно большие размеры, что значи-
тельно затруднило бы их сборку и транспорти-
ровку. Кроме того одновременное повреждение
двух и тем более трех фаз однофазных транс-
форматоров является мало вероятным. Поэтому
в качестве резерва достаточно иметь одну фазу
вместо полного трехфазного трансформатора,
что дает экономию в капитальных затратах.
Фиг. 111,72 Принципиальная схема каскадного
трансформатора напряжения.
Каскадными трансформаторами напря-
жения называются трансформаторы, выполненные в виде
нескольких последовательно соединенных звеньев (фиг.
Ill, 72), между которыми равномерно распределяется
измеряемое напряжение первичной пени. Каждое звено
представляет собой автотрансформатор с обмоткой, на-
мотанной на замкнутый стальной сердечник.
Первичная обмотка верхнего звена присоединяется
к элементу первичной цепи, напряжение которой изме-
ряется. Первичная обмотка нижнего элемента присоеди-
няется к земле. Середина обмотки каждого элемента
соединяется с стальным сердечником, поэтому макси-
мальная разность потенциалов между краем обмотки и
сердечником составляет только половину напряжения,
приходящегося на одно звено. На нижнем сердечнике кро-
ме первичной обмотки имеется вторичная обмотка, к
которой и присоединяются обмотки напряжения измери-
тельных приборов или реле. Для выравнивания неравно-
117
мерного распределения напряжения между звеньями,
получающегося за счет размагничивающего действия на
нижний сердечник тока нагрузки вторичной обмотки,
части первичной обмотки отдельных звеньев соединяют-
ся навстречу друг другу. Ослабление магнитного потока
в нижнем сердечнике компенсируется дополнительным
подмагничиванием от другого, более сильно намагничен-
ного звена и т. д., чем достигается равномерное распре-
деление первичного напряжения между звеньями. Кон-
струкции современных каскадных трансформаторов весь-
ма разнообразны. По сравнению с нормальными трансфор-
маторами напряжения они имеют меньшие размеры и вес.
Там, где не требуется особая точность в
коэфициенте трансформации, вместо трансфор-
маторов напряжения могут быть 'применены
емкостные делители напряжения. В ка-
честве емкостных делителей напряжения ис-
пользуются конденсаторные втулки выводов
выключателей с применением специальных до-
полнительных обкладок, отделяющих последний
слой вывода от -внешней обкладки вывода, за-
земленной на корпус бака выключателя.
Для уменьшения влияния величины и харак-
тера вторичной нагрузки 'во вторичной депи де-
лителей напряжения на точность их работы по-
следние снабжаются специальными дополнитель-
ными устройствами, сокращенно называемыми
ПИН (потенциальные измерители напряжения
[Л. 3].
23. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
НАПРЯЖЕНИЯ
Для удобства анализа схем соединения транс-
форматоров напряжения и схем включения це-
пей напряжения реле защиты предварительно
приведено несколько основных положений, ко-
А
I
В
С
обмоток соединяются в общую нулевую точку
согласно фиг. III, 73.
Концы вторичных обмоток также соединя-
ются в общую нулевую точку, а начала обмо-
ток выводятся для присоединения к ним при-
боров или реле. Наименования фаз выводов от
вторичных обмоток соответствуют наименова-
нию фаз основной сети, к которым присоеди-
няются начала соответствующих первичных
обмоток.
2. Первичные обмотки трансформаторов,
включаемых на линейные напряжения по схеме
треугольник, всегда присоединяются так, что
начала всех обмоток присоединяются к соот-
ветствующим фазам основной сети, а концы
обмоток присоединяются к началам обмоток
«следующих фаз в циклическом порядке.
Начала и концы вторичных обмоток соеди-
няются точно в таком же порядке, что и пер-
вичные обмотки. От общих точек отводятся
провода для присоединения приборов и реле.
Наименование этих проводов соответствует
наименованию фаз первичной цепи, к крторым
присоединены начала соответствующих первич-
ных обмоток.
3. Условное положительное направление на-
пряжений на зажимах вторичных обмоток вы-
бирается совпадающим с током во вторичной
цепи вне обмотки трансформатора. Условное
положительное направление напряжения на за-
жимах первичных обмоток выбирается совпа-
дающим с током внутри первичных обмоток
трансформатора.
При указанных положительных направлениях
приближенно, пренебрегая потерями, можно
Фиг. III, 74. Правильная схема включения трансформатора напря-
жения и приборов по схеме звезда-звезда для замера напряжений
при всех видах повреждения в сети.
Фиг. 111,73. Способ соединения обмоток трансфор-
маторов напряжения по схеме звезда-звезда.
при рассмотрении
Этими основными
торые будут приниматься
всех случаев соединений,
положениями являются следующие:
1. Первичные обмотки трансформаторов,
включаемых на фазные напряжения по схеме
звезда-звезда, всегда соединяются следующим
образом: начала обмоток присоединяются к со-
ответствующим фазам основной сети, а концы
118
считать, что вектор вторичного напряжения
совпадает по фазе с вектором первичного на-
пряжения (фиг. 111,70) и равен его величине,
:приведенной ко вторичной обмотке.
Схема соединения трансформатора напря-
жения звезда-звезда. Схема звезда-звезда мо-
жет быть выполнена тремя однофазными транс-
форматорами или одним трехфазным трансфор-
матором.
Однофазные трансформаторы. При соеди-
нении первичной и вторичной обмоток трех
однофазных трансформаторов напряжения в
звезду для правильного замера фазных напря-
жений системы по отношению к земле необхо-
димо иметь:
1) нулевую точку первичной обмотки, зазем-
ленной наглухо;
2) нулевую точку вторичной обмотки, свя-
занной через провод или землю с нулевой точ-
кой, включенной в звезду нагрузки.
Заземление вторичных обмоток, показанное
на фиг. III, 74, необходимо только для обеспе-
чения безопасности обслуживающего персонала.
При такой схеме включения трансформаторов
напряжения при любых режимах электрической
системы приборы или реле, включенные на фаз-
ные' напряжения вторичной обмотки, всегда
правильно замерят фазные напряжения системы
по отношению к земле.
Необходимость заземления нулевой точки
первичной обмотки и наличия нулевого провода
во вторичной обмотке можно уяснить из сле-
дующего. Допустим, что в схеме фиг. 111,74
отсутствует заземление нулевой точки первич-
ной обмотки. Тогда первичные обмотки транс-
форматора напряжения представляют собой по
отношению к системе симметричную нагрузку
с сопротивлениями на каждую фазу Zm обра-
зующими искусственную нулевую точку этой
системы. Эта нулевая точка лежит в центре
тяжести треугольника линейных напряжений
системы (фиг. 111,75).
Напряжения между этой нулевой точкой и
каждой фазой системы могут быть определены
из следующих соотношений:
иАн
_ Uab + Uac
UBh=-
"вл+и
ВС
Urn =
УСВ + УСА
3
(111,57)
(III, 58)
(111,59)
Предположим далее, что система имеет изо-
лированную нулевую точку и произошло одно-
фазное замыкание на землю фазы А вблизи
установки трансформатора напряжения. Напря-
жение заземленной фазы по отношению к земле
будет равным нулю. В то же время линейные
напряжения системы могут оставаться нормаль-
ными и симметричными. Тогда согласно (III, 57),
(111,58) и (111,59) на каждой фазе первичной
обмотки трансформатора напряжения продол-
жает оставаться напряжение, равное нормаль-
ному фазному напряжению. Следовательно, на
каждой фазе вторичной стороны трансформа-
тора напряжения также будет замеряться на-
пряжение, равное нормальному фазному на-
пряжению системы.
Если же нулевая точка первичной обмотки
трансформатора напряжения заземлена наглухо,
то при однофазном замыкании на землю в си-
стеме разность потенциалов между нулевой
точкой трансформатора и заземленной фазой
системы равна нулю. Следовательно, напряже-
ние на поврежденной фазе первичной обмотки
также равно нулю. Тогда и на вторичной об-
мотке этой же фазы напряжение будет равно
нулю. В этих условиях фазные напряжения
системы по отношению к земле замеряются
правильно.
Теперь предположим, что нулевая точка
первичной обмотки трансформатора напряже-
ния фиг. 111,74 заземлена, а нулевой провод со
стороны вторичной обмотки отсутствует. При
рассмотрении тех же условий однофазного за-
мыкания на землю системы вблизи установки
трансформатора. напряжения будем иметь на-
пряжение на поврежденной фазе первичной
обмотки трансформатора равным нулю. Линей-
ные напряжения остались нормальными. Фаз-
ные напряжения двух неповрежденных фаз
увеличились до значений линейных напряже-
ний (фиг. 111,76). Под действием этих напря-
жений в первичнйх обмотках трансформаторов
неповрежденных фаз продолжают протекать
токи, обусловливающие наличие напряжений
на стороне вторичных обмоток этих же фаз.
При отсутствии нулевого провода токи вто-
ричных обмоток неповрежденных фаз транс-
форматора напряжения мо-
гут замыкаться только через
A Uo
Фиг. Ill, 75. Определение на- Фиг. 111,76. Векторная ди-
пряжений фаз системы по от- агРа"ма напряжений при
^Twi^nriri 4«^ vnwi^ ™ v/ однофазном замыкании
ношению к ее нулевой точке, на землю в системе с изо-
лированной нулевой точ-
кой.
обмотку поврежденной фазы, создавая тем са-
мым разность потенциалов на ее концах.
Эта разность потенциалов будет замеряться
приборами и реле, включенными на поврежден-
ную фазу. Таким образом, в то время как фаз-
ное напряжение на первичной стороне по-
врежденной фазы по отношению к земле равно
нулю, приборы и реле, включенные на вторич-
ную обмотку этой же фазы, замеряют напря-
жение, не равное нулю.
Следовательно, фазные напряжения системы
по отношению к земле замеряются неправильно.
При наличии нулевого провода эти напряжения
119
будут замеряться правильно, как было указано
выше.
При разземлении нулевой точки первичной
обмотки или при отсутствии нулевого провода
на вторичной стороне трансформатора приборы
и реле, присоединенные ко вторичной обмотке,
замеряют напряжение только положительной
и отрицательной последовательностей. Поэтому
правильные показания приборов или работа
реле при таком способе включения обеспечи-
ваются только при междуфазных повреждениях,
не связанных с землей.
заземленной в сети. В пределе магнитный поток
в сердечнике фазы В может достигать утроен-
ной величины против нормального. Этот маг-
нитный поток наводит э. д. с. в обмотках сер-
дечника фазы В, из которых первичная является
закороченной через место заземления фазы в
сети и заземление нулевой точки трансформа-
тора. Таким образом в первичных обмотках
всех т0ех фаз трансформатора, а особенно в
фазе Ву возникнут токи выше нормальных, пе-
регружающие трансформатор и вызывающие
его перегрев. Во всех фазах вторичных обмо-
Фиг. III, 77. Схема одно-
фазного замыкания на
землю в системе с изоли-
рованной нулевой точ-
кой.
Фиг. III, 78. Схема вклю-
чения пятистержне-
вого трехфазного транс-
форматора напряжения.
Трехфазные трансформаторы. Все
сказанное о необходимости заземления нулевой
точки первичной обмотки и наличия нулевого
провода во вторичной обмотке для однофазных
трансформаторов в равной степени относится
и к трехфазным трансформаторам.
Трехфазные трансформаторы напряжения
исполняются трехстержневыми и четырех- или
пятистержневыми. Трехстержневой трансфор-
матор для замера фазных напряжений по от-
ношению к земле применять нельзя, так как
он замеряет их неправильно и кроме того мо-
жет недопустимо перегреваться. Действительно,
допустим, что в сети с незаземленной нулевой
точкой (фиг. III, 77) включен трехстержневой
трехфазный трансформатор напряжения. При
замыкании на землю, например, фазы В напря-
жение между нулевой точкой первичной об-
мотки трансформатора напряжения и заземлен-
ной" фазой В сети будет равно нулю, в то время
как напряжения двух неповрежденных фаз А
и С увеличатся до линейных напряжений. На
фиг. III, 76 была показана векторная диаграмма
напряжений сети для данного случая. Под дейст-
вием токов, обусловленных напряжениями
неповрежденных фаз, в сердечниках неповреж-
денных фаз А и С трансформатора фиг. 111,77
наводится магнитный поток, в l/З раз больший
нормального. Он замыкается через кожух транс-
форматора и воздух и через сердечник фазы В%
120
ток будут также наведены соответствующие
напряжения, не равные нулю.
Следовательно, фазные напряжения сети по
отношению к земле с помощью трехстержне-
вого трехфазного трансформатора замеряются
неправильно. Для гГравильногр замера этих на-
пряжений в любых условиях трехфазный транс-
форматор должен быть четырех- или пятистер-
жневым. На фиг. 111,78 показан такой транс-
форматор. Магнитные потоки фаз Л и С в ра-
зобранном выше случае однофазного замыкания
на землю фазы В в сети будут в основном
замыкаться через вспомогательные четвертый
и пятый сердечники. Таким образом в обмот-
ках фазы В трансформатора не будет наво-
диться э. д. с, и напряжение на вторичной
обмотке фазы В будет равным нулю. Следова-
тельно, фазные напряжения сети будут заме-
ряться правильно.
Более строгое доказательство высказанных
выше положений можно получить путем раз-
ложения действующих токов и магнитных по-
токов на симметричные составляющие.
Действительно, при замыкании на землю
одной фазы в системе фиг. ЛИ, 77 через пер-
вичные обмотки трансформатора потекут в
землю токи нулевой последовательности /0,
равные по величине и совпадающие по фазе.
Составляющие нулевой последовательности по-
токов Фф в каждом из стержней также равны
по величине и совпадают по фазе. Будучи на-
правленными в одну сторону, потоки Ф0 вынуж-
дены замыкаться через воздух и кожух транс-
форматора. Вследствие того что преобладаю-
щая часть Ф0 замыкается через воздух, реак-
тивное сопротивление нулевой последователь-
ности обмоток трансформатора для токов ну-
левой последовательности /0 мало и эти токи
могут достигать большой величины, вызывая
опасный перегрев трансформатора.
При наличии четвертого сердечника состав-
ляющие потоков нулевой последовательности Ф0,
наведенные токами 10 в трех основных стерж-
нях, замыкаются не через воздух, а через сталь
четвертого сердечника. Реактивное сопротив-
ление нулевой последовательности обмоток
трансформатора при этом велико, вследствие
чего величина токов нулевой последователь-
ности 10 соответственно уменьшается и не мо-
жет вызвать опасного перегрева трансформа-
тора. Четырех- и пятистержневые трансформа-
торы принципиально друг от друга не отли-
чаются. Пятый стержень предусматривается,
исходя только из условий симметрии. О нали-
чии и использовании обмоток, расположенных
на вспомогательных стержнях и замкнутых на
прибор (3£/0) фиг. 111,78, сказано ниже.
Схемы соединения трансформаторов на-
пряжения для получения напряжения нулевой
последовательности. Для получения составляю-
щей напряжения нулевой последовательности
можно использовать однофазные или трехфаз-
ные трансформаторы напряжения.
Если применяют три однофазных трансфор-
матора напряжения, то их соединяют по схеме
фиг. III, 79. Первичные обмотки всех трех фаз
соединяют в звезду, а вторичные обмотки — по-
следовательно разомкнутым треугольником.
Приборы или реле, включенные на свободные
концы разомкнутого треугольника вторичных
обмоток, замеряют утроенную величину состав-
ляющей напряжения нулевой последовательно-
сти.
В нормальных условиях или при междуфаз-
ных повреждениях составляющая' напряжения
нулевой последовательности теоретически рав-
на нулю. Практически же в большинстве слу-
чаев имеется некоторая величина напряжения
нулевой последовательности, не равная нулю.
Наличие этого напряжения в нормальных усло-
виях обусловлено отчасти неточной симметри-
ей самого трансформатора напряжения, а глав-;
ным образом—несимметрией фазных напряже-
ний системы по отношению к 'земле (см. гл. I,
§ 6). Это напряжение несимметрии, называемое
напряжением небаланса, не превышает
обычно нескольких процентов от нормального.
Для соединения в разомкнутый треугольник
не обязательно должны быть использованы от-
дельные трансформаторы напряжения. Чаще
всего для этой цели на сердечник трансформа-
тора напряжения насаживают специальную тре-
тью обмотку. Для получения составляющей на-
пряжения нулевой последовательности с по-
мощью трехфазных трансформаторов напряже-
ния иногда используются вспомогательные
стержни сердечника фиг. III, 78. На каждом
вспомогательном стержне располагается спе-
циальная обмотка. Если эти обмотки соедине-
ны последовательно, то при замыкании на землю
в сети весь магнитный поток, созданный тока-
ми в обмотках неповрежденных фаз, проходя
через обмотки, намотанные на свободные стерж-
ни, наводит в них напряжение ^нулевой по-
следовательности.
йвшашяы'
I ., г. , ,, К {
Фиг. Ш,80. Схема включение
ъ*1 двух однофазных трансформа--
Фиг. 111,79. Схема вклю- торов напряжения в открытый
чения трансформатора треугольник для замера линей-
напряжения для замера ных напряжений и напряжений
напряжения нулевой по- фаз системы, по отношению к
следовательности. ее нулевой точке.
Схема соединения двух однофазных транс-
форматоров в открытый треугольник. Для
замера только линейных напряжений достаточ-
но иметь два однофазных трансформатора на-
пряжения, соединенных в открытый треуголь-
ник (фиг. Ill, 80).
В случае применения такой схемы к зажи-
мам реле при любых режимах работы системы
могут подводиться только линейные напряже-
ния. Правда, если к трем проводам от вторич-
ных обмоток трансформатора присоединить три
равных сопротивления (например, обмотки трех
реле напряжения), вторые концы которых объ-
единить в общую точку, то можно создать ис-
кусственную звезду, нулевая точка которой
представляет искусственную нулевую точку
системы.
С помощью этой модификации схемы со-
гласно уравнениям (III, 57), (III, 58) и (111, 59>
можно замерить напряжение каждой фазы по
отношению к нулевой точке системы (не. псь
отношению к земле).
121
Вследствие простоты и дешевизны схема с
двумя однофазными трансформаторами приме-
няется не только для измерений, но и для ре-
лейной защиты во всех случаях, где для рабо-
ты защиты требуются только линейные напря-
жения или напряжения фаз по отношению
к нулю системы. /
При необходимости замера также фазных
напряжений и напряжений нулевой последова-
тельности для систем напряжением до 35 kV
широко используются трехфазные пятистерж-
невые трансформаторы напряжения.
24. СХЕМЫ ВЫПОЛНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ
ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
Выполнение схемы максимальной токовой
направленной защиты определяется типами вхо-
дящих в нее реле, способом включения реле
направления мощности, видом защищаемой се-
ти и т. д. Поэтому число возможных разновид-
ностей схем защиты весьма велико. Ниже в
качестве примеров рассмотрены некоторые схе-
мы выполнения защиты на оборудовании ХЭМЗ,
осуществленные в соответствии с рассмотрен-
ными выше соображениями.
Схема с трехфазным реле направления мощности,
имеющим удерживающую систему напряжения (фиг.
III, 81). Схема включает следующие реле:
1. Пусковой орган защиты 2 — макси-
&<mw!mrfafi*Mj* мальные реле тока типа ЭТ-63, имеющие
J один, нормально замкнутый и другой нор-
I > мально разомкнутый контакты.
Фиг. Ш,81. Полная схема включения комплекта макси-
мальной направленной защиты с трехфазным реле на-
правления мощности, имеющим удерживающую систему,
и постоянным подводом к нему напряжения.
2. Орган направления мощности 3 — трехфазное реле
мощности типа ИМ-302, в котором использована удер-
живающая система напряжения, создающая вращающий
момент, удерживающий контакты реле при нормальной
работе в замкнутом положении.
Пружина стремится их разомкнуть (третий способ
работы контактов — см. гл. III, § 13). Реле включено по
90° схеме и реагирует за счет наличия в цепи напряже-
ния добавочного активного сопротивления 5 типа ВУ, на
мощность, пропорциональную up-ip*cos(yp + 45°).
При возникновении повреждения удерживание с ре-
ле снимается посредством размыкающихся контактов пу-
сковых органов. Если повреждение находится в защи-
щаемой зоне, контакты реле под воздействием мощности
на зажимах остаются замкнутыми; если мощность направ-
лена по защищаемой линии к шинам подстанции, на ко-
торой стоит защита, реле мощности размыкает контакты
под влиянием мощности на зажимах, имеющей теперь
другой знак, и пружины. Реле под действием пружины
размыкает свой контакт и при повреждениях в мертвой
зоне на незащищаемых участках.
Я. Орган выдержки времени 4 ~ реле времени типа
ЭВ-180.
Преимущества защиты: время действия не зависит
от времени срабатывания реле мощности, имеющего нор-
мально замкнутый контакт; относительная простота вы-
полнения.
Недостатки схемы: влияние на работу реле мощно-
сти токов неповрежденных фаз; в связи с этим для обес-
печения надежного действия защиты при однофазных за-
мыканиях на землю гок замыкания, протекающий на по-
врежденном участке, должен не Менее чем примерно в
три раза превышать ток нагрузки; при несоблюдении это-
го токи нагрузки трех фаз при направлении, противопо-
ложном току короткого замыкания, могут создать на оси
реле противодействующий утроенный момент, больший
действующего момента от тока повреждения; понижен-
ная надежность цепи напряжения удерживания за счет
заведения ее последовательно через нормально замкну-
тые контакты трех пусковых органов. Схема применима
для сетей с наглухо заземленной нулевой точкой (110 kV
и выше) от всех видов повреждений.
Схема с трехфазным реле направления мощности
и подведением напряжения только в момент повреж-
дения (фиг. III, 82). Схема включает следующие реле:
1. Пусковой орган —три максимальные реле тока
мгновенного действия типа ЭТ-63, включенные на ли-
нейные токи.
2. Орган направления мощности — трехфазное реле
направления мощности типа ИМ-302, включенное по 90°
схеме. Напряжение к реле подводится только в момент
возникновения повреждения при размыкании нормально
замкнутых контактов пусковых органов, шунтирующих
обмотки напряжения реле. Этим осуществляется пофаз-
ный пуск, предотвращающий влияние на работу реле
токов неповрежденных фаз.
3. Орган выдержки времени — реле времени типа
ЭВ-180.
Преимущество схемы — возможность применения в
сетях с меньшими токами однофазного замыкания, чем в
схеме по фиг. III, 81. Это имеет место в тех случаях,
когда токи в неповрежденных фазах, слагающиеся из токов
нагрузки и токов повреждения, определяющие ток трога-
ния защиты, меньше трехкратной величины тока нагрузки.
Один из недостатков схемы — значительное колебание
времени ее срабатывания, определяемое зависимостью
времени действия реле мощности от величины мощности
на его зажимах. Это в некоторых случаях приводит к
необходимости ^увеличения ступени выдержки времени
At смежных защит
Схема может быть использована для сетей с наглухо
заземленной нулевой точкой от всех видов повреждений.
Двухфазная схема с однофазными реле
мощности, имеющими постоянный подвод
напряжения (фиг. III, 83). Схема включает сле-
дующие реле:
1. Пусковые максимальные реле тока типа
ЭТ-61. Через них осуществляется пофазная
подача оперативного тока на контакты реле
направления мощности. При отсутствии такого
разделения цепей оперативного тока схема
могла бы работать неправильно при напракле-
нии мощности в поврежденной фазе к шинам
в том случае, если реле мощности неповреж-
122
денной фазы при этом будет держать свои кон-
такты замкнутыми под воздействием протекаю-
щего по ней тока.
2. Орган направления мощности — реле мощ-
ности типа ИМ-142, включенное по 90° схе-
ме и реагирующее на Up*ip-cos{4P-\~4b°).
Такое, а не по 30° схеме, "включение реле
в двухфазных защитах обязательно, так как
исключает мертвые зоны при двухфазных за-
мыканиях.
3. Орган выдержки времени —- реле времени
типа ЭВ-180.
2. Орган направления мощности — реле мощности
типа ИМ-142/2 с удерживающей обмоткой напряжения.
Вращающий момент, создаваемый последней, действует
на реле в сторону замыкания контактов. Пружина, на-
оборот, действует в сторону размыкания контактов
(третий cnqco6 работы контактов, см. гл. III, § 13). Таким
образом при повреждениях в защищаемой зоне контакты
реле мощности остаются замкнутыми, при внешних по-
вреждениях — размыкаются.
Преимущества схемы: независимость работы защиты
от собственного времени реле мощности. Недостатки:
несколько большая сложность по сравнению со схемой
фиг. III, 83 и по зксплоатационным данными меньшая на-
дежность, определяемая тем, что в реле ХЭМЗ при ис-
пользовании удерживающих систем были механические
Фиг. 111,82. Полная схема включения 'комплекта макси-
мальной направленной защиты с трехфазным реле направ-
ления мощности и подведением напряжения к нему в
момент, повреждения.
Преимущества схемы: относительная про-
стота, определяемая двухфазным выполнением
защиты и жестким подведением напряжения
к «реле направления мощности.
Недостатки схемы: необходимость повыше-
ния ступени выдержки времени по сравнению
со схемой с нормально замкнутыми контактами.
Схема как двухфазная может использо-
ваться для сетей с малыми токами однофазно-
го замыкания на землю для защиты от всех
видов многофазных замыканий. При двойных
замыканиях она обеспечивает отключение при-
мерно в 67°/о случаев только одного места по-
вреждения. Схема может быть применена так-
же в сетях с наглухо заземленной нулевой
точкой от многофазных замыканий, если от за-
мыканий на землю установлена отдельная за-
щита, включенная на фильтры нулевой после-
довательности (см. гл. III, § 28).
Двухфазная схема с однофазными реле мощности,
имеющими удерживающую систему напряжения
(фиг. III. 84).
1. Пусковой орган — максимальные реле дока типа
ЭТ-63, имеющие один нормально Замкнутый и второй
нормально разомкнутый контакты. Через нормально зам-
кнутый контакт подается напряжение на удерживающую
обмотку реле направления мощности.
Фиг. 111,83. Полная схема включения
комплекта двухфазной максимальной
направленной защиты с однофазными
реле направления мощности с посто-
янным подведением напряжения.
Фиг. 111,84. Полная схема включения
двухфазного комплекта максимальной
направленной защиты с однофазными
реле направления мощности с удержи-
вающими обмотками напряжения.
повреждения в подпятниках, обусловленные частично
вибрацией системы.
Область применения схемы та же, что и для защиты
по фиг. III, 83,
В заключение следует отметить, что при малых зна-
чениях токов короткого замыкания в схемах иногда
используют пусковые органы минимального напряжения
(см. гл. IV, § 13).
25. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ
ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
Основными недостатками максимальной на-
правленной защиты являются: а) невозможность
обеспечить селективное отключение повреж-
дений в кольцованных сетях с числом источ-
123
ников питания, большим одного, и даже при
одном источнике, если по отношению к нему
в сети имеются поперечно расположенные ди-
агональные линии; б) большие выдержки вре-
мени при значительном числе последовательно
расположенных участков в/ сети (фиг. III, 66).
Поэтому максимальная направленная защита
в качестве основной может быть применена
только в тех случаях, когда обеспечивает се-
лективность, и быстрота ее действия является
допустимой как по условиям устойчивости
параллельной работы генераторов системы, так
и по условиям обеспечения работы двигателей
у потребителя.
К таким сетям относятся распределитель-
ные сетя напряжением 10,5 kV и ниже, а так-
же некоторые сети напряжением 35 kV. В более
сложных и ответственных сетях максимальная
направленная защита в качестве основной
является недостаточной. В таких сетях необхо-
димо применять более' сложные защиты, которые
за исключением большинства продольных ди-
ференциальных защит имеют орган направления
мощности (дистанционные — гл. IV, направлен-
ные с блокировкой—гл. VI). Все сказанное в
настоящей главе об органах направления мощ-
ности относится в равной степени к органам
направления мощности, используемых в любой
более сложной защите.
Максимальная направленная защита широко
применяется, так же как резервная, к отмечен-
ным выше более сложным защитам (см., напри-
мер, выполнение третьих ступеней дистанцион-
ных защит в гл. IV).
26. ЗАЩИТА МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ СЕТЕЙ С НАГЛУХО
ЗАЗЕМЛЕННОЙ НУЛЕВОЙ ТОЧКОЙ
В сетях с наглухо заземленной нулевой точкой для
осуществления защит от замыканий на землю могут быть
использованы реле максимальной мощности нулевой по-
следовательности с зависимой характеристикой.
Мощность нулевой последовательности замыкания на
землю можно выразить [Л. 4], как
Л) = ~ [U0-I0* cos <?o+./Wo-sin <pol» (III, 60)
где Uq и /0 — соответственно напряжение и ток нулевой
последовательности, отнесенные к рассматриваемой точ-
ке сети; 9о — Угол сдвига фаз ' между напряжением и то-
ком нулевой последовательности, зависящий от cooiно-
шения активной и реактивной составляющих сопротив-
ления Z0' элементов сети, входящих в эквивалентную
схему нулевой последовательности от рассматриваемой
точки сети (совершенно необязательно от места повреж-
дения) до точки глухого заземления нулевой точки гене-
рирующего источника (нулевой точки трансформатора).
Величины тока и напряжения нулевой последователь-
ности, считая для простоты Rn = 0t определяются из со-
отношений
7 -А (III, 61)
J *1 + *2 -f- *0
г Рассмотрим приведенные соотношения применительно
к точке Р (шинам подстанции) упрощенной схемы эле*
ментарной сети, имеющей глухо заземленную точку
(фиг. Ш, 85а). Учитывая, что активная составляющая со-
противление трансформатора весьма мала по сравнению
с реактивной, а переходное сопротивление Rn в вели-
чину z0' не входят, первым членом уравнения (III, 60)
можно пренебречь, так как cos <p0 ^ 0, и величину мощ-
ности нулевой последовательности выразить следующим
образом:
Л) = — 6V/o-sin<p0. (Ill, 63)
Подставляя в (111,63) значения IQU0 из (III, 61) и (III, 62)
при sin<po=l> получим
л,=4 {lh+%w (ш-64>
Фиг. 111,85.
а — упрощенная схема
элементарной сети с
наглухо заземленной
нулевой точкой; б —
кривая примерного
изменения величины
мощности нулевой по-
следовательности в за-
висимости от уда ен-
ности однофазного за-
мыкания на землю.
линии
(Ш,62)
где zh z2 и z0 — эквивалентные импедансы трех последо-
вательностей системы, приведенные к точке повреждения.
124
По мере увеличения zlt z2 и z0 мощность нулевой
последовательности уменьшается. Указанные сопротивле-
ния увеличиваются, если место замыкания на землю
(точка F) удаляется по длине линии от места установки
трансформатора. Уменьшение мощности в зависимости от
удаленности места замыкания на землю можно изобразить
спадающей кривой фиг. Ill, 856. С другой стороны, при
замыкании на землю в данной точке Р наибольшая мощ-
ность нулевой последовательности в противоположность
соотношениям, характеризующим величины положительной
последовательности, имеется у места повреждения и сни-
жается по мере приближения к источникам питания. Это
объясняется тем, что напряжение нулевой последователь-
ности имеет наибольшую величину в месте повреждения
и соответственно z0' в выражении (111,78) имеет макси-
мальное значение для точки F.
Эти изменения мощности*/^ в зависимости от удален-
ности места повреждения и расположения рассматривае-
мой точки могут быть использованы в целях защиты.
На фиг. III, 86а показана упрощенная схема сети с
несколькими подстанциями. На каждой подстанции имеют-
ся трансформаторы с наглухо заземленными нулевыми
точками. Предположим, что на каждой из линий уста-
новлены фильтры тока и напряжения нулевой последо-
вательности. При повреждении на землю на линии, в не-
посредственной близости от шин подстанции, мощность
нулевой последовательности, замеряемая через фильтры,
будет наибольшая. Чем дальше от шин подстанции про-
изойдет замыкание на землю, тем меньшая мощность
нулевой последовательности будет замеряться на данной
подстанции. Рассматривая таким образом замыкания на
землю в постепенно удаляющихся точках на линии, отхо-
дящей от подстанции, мощность нулевой последовательно-
сти на каждой линии можно изобразить в виде кривых '
фиг. III, 8ёб. Если к фильтрам тока и напряжения нулевой
последовательности присоединить реле максимальной
мощности с зависимой характеристикой (фиг. III, 87), то
выдержки времени действия этих реле будут различными
для повреждений в различных точках. Чем ближе место
повреждения к шинам подстанции, тем меньше выдержка
времени действия реле. Чем дальше место повреждения,
тем больше выдержка времени действия реле. Если
Рр<Рр яг т0 Реле вообще не подействует.
Характер изменения выдержек времени действия реле
з этих условиях можно приближенно изобразить кривыми
(фиг. III, 8бв). Как видно из этих ьривых применяя реле
Вследствие того что при замыканиях на землю в
сетях с наглухо заземленными нулевыми точками (как
указывалось выше) угол <р0 между током и напряжением
нулевой последовательности близок к 90° (Rn на него не
влияет), то реле целесообразно применять с синусной
или близкой к ней характеристикой, т е. действующие
от реактивной составляющей^ мощности на зажимах:
[Ы
Фиг. 111,87. Схема
защиты макси-
мальной мощности
нулевой последо-
вательности с за-
висимой характе-
ристикой.
^^е—О-*
И/
И/
т
:ч
в
Фиг. 111,86.
а - элементарная схема сети, имеющей наглухо заземленные точки на подстан-
циях; б — примерные кривые изменения мощности нулевой последовательности
в зависимости от места одиофазчого замыкания на землю и в сети; в — пример-
ные кривые изменения выдержки времени на реле мощности нулевой последо-
вательное! и при изменении мощности согласно кривым о.
максимальной мощности, включенные на мощность нуле-
вой последовательности, защиту линий можно выполнить
селективной. Выдержка времени каждого реле регулиру-
ется так, чтобы она была минимум на ступень выше вы-
держки времени реле, установленного на последующем
участке. Например, если выдержка времени реле 6 при
замыкании на землю на линии Г, в непосредственной
близости шин подстанции 5, равна tp6t то выдержка вре-
мени реле 4 при том же повреждении должна быть не
менее чем на ступень выше tpQ, т. е. tp± = tp$-{-М.
Необходимо учитывать, что с изменением режима
работы системы, например, число зяземленных нулевых
точек на той или иной подстанции, распределение мощ-
ности нулевой последовательности по линиям изменится.
Это изменение может быть настолько большим, что усло-
вия селективности действия защиты могут нарушиться^
При проектировании и установке защиты максимальной
мощности нулевой последовательности возможные изме-
нения в числе и месте заземления ' нулевых точек транс-
форматоров должны быть заранее учтены. От этого бу-
дет зависеть решение вопроса о целесообразности при-
менения данного вида защиты.
Данный тип защиты имеет (как весьма про-
стой по выполнению и могущий принципиально
действовать селективно в сетях сложной конфи-
гурации) довольно широкое распространение в
США. В Союзе до настоящего времени он рас-
пространения не получил. Одной из причин этого
явилось то, что выпускавшиеся ХЭМЗ, как и
некоторыми иностранными фирмами, реле макси-
мальной мощности с зависимой характеристикой
имели. большую зависимость времени действия
от тока при постоянной мощности. Это затруд-
няло подбор характеристик и ухудшало свойства
защиты.
27. ЗАЩИТА МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ СЕ-
ТЕЙ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА
ЗЕМЛЮ
В сетях, заземленных через высокоомное ак-
тивное сопротивление, токи замыкания на землю
малы. В целях повышения чувствительности спе-
циальной защиты от однофазных замыканий на
землю на радиальных сетях этого типа применяют,
иногда защиту максимальной мощности нулевой последо-
вательности (фиг. 111,88) вместо токовой защиты нулевой
последовательности (см. гл. II, § 19). Эта же защита может
быть использована, например, в сетях, замкнутых в коль-
цо, с одной точкой питания при включении ее по встреч-
но-ступенчатому принципу.
В сетях с малым током замыкания на землю падение
напряжения нулевой последовательности на сопротивле-
нии всех элементов сети относительно невелико по срав-
нению с падением напряжения на высокоомном заземляю-
щем сопротивлении. Поэтому напряжение нулевой после-
довательности во всей сети независимо от места повреж-
дения практически одинаково и величина его зависит
только от коэфициента полноты замыкания b (см. гл. I и II).
Значения напряжения и тока нулевой последователь-
ности в такой сети:
1/о = Ь.и0ш„-Ь.иф. (Ш.65)
/о = *-/ошах- С111'66)
Полная мощность на зажимах реле мощности нулевой
последовательности активного типа без учета тока неба-
125
ланса и отсоса (см. гл. !!,,§ 19):
Ро
3/р ^ ЗЕ/р _ ^о max
н
п
Для действия реле необходимо, чтобы
Согласно (111,65) и (III, 66) величина напряжения и
тока нулевой последовательности зависит от коэфициента
полноты замыкания Ь. Зависимость тока трогания реле
максимальной мощности от величины напряжения на за-
жимах или коэфициента полноты замыкания при посто-
янной мощности трогания может быть изображена кри-
вой /, определяемой уравнением
(фиг. III, 89).
Изменение величины тока замыкания на землю изоб-
ражено прямой линией /втах'^* Точка пересечения пря-
(111,67) мои г3тах'^ с кривой I m определяет чувствительность
действия защиты, если пренебречь током небаланса /„#; iH&
от трансформаторов тока может иметь положительный
или отрицательный ' знак. Как видно из фиг. III, 89, при
положительном знаке iH$ является опасным с точки зре-
ния селективности действия защиты, так как при увели-
чении его до значения, большего / т> защита может
(III, 68)
Фиг. 111,88. Схема защиты
мощности нулевой последо-
вательности с независимой
характеристикой.
Фиг. 111,90. Схема включе-
ния защиты максимальной
мощности нулевой последо-
вательности с торможением.
Зона снижения чудсЗит
защиты за счет тока,
небаланса
Зона неселектидн
действ защиты
от тока небаланса
сработать неселективно при повреждении вне защищаемой
зоны. При отрицательном знаке iH^ снижается чувствитель-
ность действия защиты. Чтобы отстроиться от iH$ и обес-
печить селективность, защиту4 пришлось бы сильно загру-
бить (см. кривую 2 фиг. III, 89).
С целью повышения чувствительности действия за-
щиты, с учетом iH6 выполняют защиту с так называемой
компенсацией iH$ (фиг. III, 90). К токовой обмотке
реле дополнительно подводится ток от фильтра напряже-
ния через добавочное сопротивление /> Максимальное
значение (при Ь = 1) этого тока выбирается обычно
больше величины iH^ а направление обратным по отно-
шению к току, вызывающему действие реле. Таким обра-
зом ток компенсации создает на реле Мвр обратного знака
по отношению к рабочему моменту. Поэтому ток компен-
сации иногда называется тормозным током im0pMj
Расчет защиты максимальной мощности нулевой
последовательности заключается в определении чувстви-
тельности и селективности действия защиты. Этрт расчет
можно вести двумя путями: 1) определением наивыгод-
нейших условий для действия защиты (максимальная чув-
ствительность при минимальном токе замыкания на землю)
и 2) определением чувствительности и селективности за-
щиты при заданной величине тока замыкакия на землю
Определение наивыгоднейших условий для дейст-
вия защиты с компенсацией тока небаланса (с тор-
можением). Для защиты, включенной по схеме фиг. III, 90,
уравнение селективности можно написать в виде
Фиг. 111,89. Графический расчет защиты максимальной
мощности нулевой последовательности по фиг. III, 88.
126
1р. тз ~~ 1р.т* 1торм > "н' 1нбр>
(Ш,69)
где /.
р. тз
•ток трогания защиты; iH^p — расчетное значе-
ние тока небаланса, соответствующее максимальному ра-
бочему току; при этом предполагается что от iHe при
сквозных многофазных замыканиях на землю защита от-
строена выдержкой времени или другими способами (см.
гл. II, § 19); kH— коэфициент надежности (больше единицы).
Зная, что
lp. m —
р. т
р. т
btUPmax'
можно представить (III, 69) в виде
р.т
*р. тз
Ь-и
+ /,
'р max
торм max
Ь>кн.1ибр% (111,70)
Графически ъ\о уравнение можно представить в виде
кривой / фиг. 111,91.
Из фиг, III, 91 видно, что ip% тз имеет минимальное
значение при коэфициенте Ь\ равном абсциссе, определяе-
прямои
*торм с
кривой iv ту
мой точкой пересечения
т. е. при ip.m = imopM-
Так как при Ь = V ip тз имеет минимальное значе-
ние, то наименьший ток замыкания на землю для дейст-
вия защиты потребуется при расчетном значении коэ-
фициента ш л ноты bp = b'.
Учитывая сказанное выше, можно составить выраже-
ния для определения Рр т и 1т0рмтах- Ток трогания реле
мощности, компенсирующий половину iH6P для У = Ьр с
учетом kHt равен 095fkH*iH6p. Мощность тро!ания реле
определится произведением ip m на напряжение, соответ-
ствующее тому же Ьр и, следовательно, равное ир шах врщ
Тогда:
1 p. m
•0,5-kH'iH6p-upmax-bp;
(Ш,71)
1торм> компенсирующий вторую половину iH6pt для той
же точки b'=bp с учетом kH равен 0,5-V W=W* max* V
откуда
ImOOM тячг U • О*!, '2)
1торм max '
*я
Определение чувствительности и селективности
действия защиты при заданном токе замыкания на
землю /,
Причзаданном токе замыкания на
землю для расчета защиты принимается условие, что ток
в реле ip при замыкании на землю в защищаемой зоне
должен оыть равен минимальному значению iPtfn3, равному
согласно фиг. 111,91 kH»iHQp, т, е.
•Ьр--1нбр~кн91нбр-
(111,73)
Подставляя значение Ьр из (III, 73) в (III, 71), получим
(III. 74)
и Р
п л с ж. ,l I i\ /'max 1нбр
*зШах
«я*
Фиг. 111,91. Графический расчет защиты максимальной
мощности нулевой последовательности с торможением
по фиг. III, 90.
Значение *тормтах можно определить из (111,72) с
учетом (111,71):
ItnopM max :
кн
4
1нбр'иРтзх
' p. m
(Ш, 75)
Приведенные уравнения не учитывают коэфициента
возврата реле мощности ke. Это допустимо в тех случаях,
когда при междуфазовых коротких замыканиях защита
мощности нулевой последовательности выводится из дейст-
вия (блокируется) в цепях переменного тока или если
защита в остальной части сети при однофазных замыка-
ниях на землю действует на отключение.
В других случах ke необходимо учитывать. Для этого
в (III,71) — (III,75) вместо kH необходимо вставить k'H,
определяемый из соотношения [Л. 5]: г
(Ш, 76)
При выборе мощности трогания реле Рр т необхо-
димо также иметь в виду следующее:
1. Реле мощности ряда типов работают недостаточно
четко при малых напряжениях противодействующих
пружин, соответствующих минимальным уставкам на реле.
Поэтому, например, для реле типа ИМ-140 ХЭМЗ минималь-
ная принимаемая Рр т не должна быть менее примерно
150% от минимальной уставки по шкале.
2. Защита данного участка не должна быть более
чувствительной (действовать при меньших коэфициентах
полноты замыкания на землю), чем защита последующего
участка, считая от источника питания. В связи с этим в
некоторых случаях^Р^ т необходимо соответственно уве-
личивать.
3. В сетях, в которых вероятны замыкания на землю
через большие /?„, соответствующие коэфидиентам пол-
ноты by значительно меньшим расчетного (например, в
воздушных сетях на деревянных опорах), производят так-
же специальное согласование мощностей трогания реле
смежных защит, исходя из наихудших возможных направ-
лений токов небаланса и знаков ошибок реле (см. гл. И,§ 19).
Определение чувствительности защиты (минимальнога
коэфициента полноты замыкания на землю Ьр, при кото-
ром защита работает при заданном I3 max) или 13 тах, при
принятом Ьр производится из уравнения чувствительности
защиты:
з max . р.т
* Ьр — 1нбр = £
П
^ртах'Ьр
+ i.
торм шах
'Ьр. (Ш, 77)
Фиг. 111,92. Векторная диа-
грамма тока и напряжения
нулевой последовательно-
сти при однофазном замы~
кании на землю.
Отсосами в данной за-
щите в большинстве слу-
чаев пренебрегают (t\ ^ 0),
так как применяемые реле
максимальной мощности
имеют достаточно малое со- f
противление токовой об-
мотки.
От токов небаланса при
сквозных многофазных- за-
мыканиях на землю защиты
отстраиваются, как правило,
выдержками времени, вы-
бираемыми по ступенчато-
му принципу. Поэтому то-
ки iH6P, входящие в расчет-
ные формулы, выбираются
в соответствии с указания-
ми гл. II, § 19.
Рассмотренная защита
максимальной мощности с
компенсацией тока небалан-'
са имеет ббльшую чувствительность, чем защита без ком-
пенсации и чем максимальная токовая защита нулевой
п ослёдовательности.
Первое объясняется тем, что тот проигрыш в чувст-
вительности, который вызывается наличием тормозного
тока, перекрывается выигрышем за счет уменьшения Рр ту
достигаемого из-за введения в схему того же тормознога
тока.
Второе определяется в основном тем, что реле мощ-
ности имеют значительно меньшие сопротивления токо-
вых обмоток, чем реле тока за счет того, что часть мощ-
ности, необходимой для срабатывания реле, дается на
них трансформатором напряжения. Поэтому их* не при-
ходится дополнительно загрублять для уменьшения коэ-
фициента отсоса, как то делается в токовой защите
(гл. II, §, 19).
Однако она более сложна по своему выполнению.
Поэтому ее применяют для радиальных сетей с одной
генерирующей точкой токов нулевой последовательности»
если не проходит более простая токовая защита. В сетях
кольцованных или радиальных с несколькими точками
питания схема является основным типом специальной
127
защиты от однофазных замыканий на землю, если таковая
зообще устанавливается.
! Включение реле мощности нулевой последователь-
ности. Реле мощности нулевой последовательности вклю-
чают так, чтобы они действовали при отрицательном
знаке Рр, считая направление от шин подстанции в линию
за положительное. На фиг. 111,92 показана упрощенная
векторная диаграмма токов и напряжений для однофаз-
ного замыкания на землю фазы В с Rn = 0. Напряжение
поврежденной фазы В равно нулю. Токи в неповрежден-
ных фазах не учитываются. Как видно из векторной ди-
аграммы, угол между положительными направлениями
тока и напряжения нулевой последовательности боль-
ше 90°. Следовательно, реле направления мощности,
действующее от Рр с положительным знаком, не может
сработать, так как подведенная Рр а, следовательно,
,и Мвр на реле, имеют отрицательный знак.
28. МАКСИМАЛЬНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА,,
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ СЕТЕЙ
С НАГЛУХО^ЗАЗЕМЛЕННЫМИ НУЛЕВЫМИ ТОЧКАМИ
Для повышения чувствительности и сниже-
ния выдержек времени максимальной направ-
ленной защиты при замыкании на землю при-
меняют схемы с включением защиты на ток и
мощность нулевой последовательности. В ка-
честве примера на фиг. 111,93 показана схема
за счет того, что данную защиту, как и токо-
вую защиту нулевой последовательности
(гл. II, § 18), не приходится отстраивать от
выдержек времени защит, установленных на
сторонах других напряжений подстанций. Реле
направления мощности рекомендуется приме-
нять, как уже говорилось выше, с синусной или
близкой к ней характеристикой.
29. БЛОКИРОВКА МАКСИМАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ
ЗАЩИТ ПРИ ДВОЙНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
Желательно, чтобы максимальная направленная за-
щита сетей с малыми токами замыкания на землю при
двойных замыканиях на землю в разных точках на раз-
ных линиях отключала только одну линию. На второй
линии оставшееся однофазное замыкание на землю мо-
жет при этом ликвидироваться, например, дугогаситель-
ным устройством или будет найдено и устранено дежур-
ным персоналом после подготовки потребителя.
Автоматическое отключение только одной линии
вместо двух в условиях двухстороннего питания под-
станций позволяет ликвидировать возникшие замыкания
на землю без прекращения питания потребителей. В ра-
диальной сети с односторонним питанием это мероприя-
тие позволяет сохранить питание части потребителей
Нтр-ру напряжения
^Фиг. 111,93. Схема максимальной направленной защиты ну-
левой последовательности с независимой характеристи-
кой для сетей с наглухо заземленной нулевой точкой.
максимальной направленной защиты нулевой
последовательности с независимой выдержкой
времени. Чтобы исключить неправильные дейст-
вия защиты, вызванные напряжением и током
небаланса, контакты реле направления мощ-
ности включают последовательно с контактами
пускового токового реле, действующего от
тока нулевой последовательности.
ip.m пускового токового реле выбирают боль-
ше максимально возможного iHe. Поэтому кон-
такты пускового токового реле могут замк-
нуться только в результате действия тока
нулевой последовательности, обусловленного
замыканием на землю в защищаемой сети.
Расчет защиты по существу сводится толь-
ко к определению тока трогания токовых реле
и выдержек времени (см* гл. II, §18 и гл. III, §5).
Снижение выдержек времени достигается
128
Фиг. 111,94, Упрощенная схема сети с двойным замыка-
нием на землю в разных точках.
питающихся -от одной из двух линий, на которых про-
изошло одновременное замыкание на землю.
На фиг. III, 94 показана упрощенная схема сети с
максимальной направленной защитой, установленной на
подстанции А на линиях / и 11 и условно показанной на
чертеже в виде трех однофазных реле W. При одновре-
менном замыкании на землю, например, фазы В линии /
и фазы С линии // для источника питания Г это будет
равносильно двухфазному короткому замыканию.
Поврежденные фазы В и С принадлежат разным ли-
ниям. Поэтому в комплекте защиты, установленной на
каждой линии, токи повреждения будут протекать через
одно реле соответствующей фазы; в комплекте линии /—
через реле фазы В, в комплекте линии // — через реле
фазы С. Пусковые реле соответствующих фаз в комплек-
тах защиты (установленных на обеих линиях) сработают,
реле направления мощности на соответствующих фазах
также сработают и произведут отключение выключателей
обеих линий. Таким образом все потребители, питаю-
щиеся от обеих линий, останутся без напряжения.
Существует несколько специальных способов выпол-
нения защиты от междуфазных повреждений, обеспечи-
вающих отключение только одной поврежденной линии
пои данном виде повреждения. Одним из них является
способ с блокировкой действия защиты от междуфазных
повреждений посредством реле направления мощности
нулевой последовательности (фиг. III, 95). ^
Цепь отключения от реле максимально» направлен-
ной защиты проходит через нормально замкнутые кон-
такты промежуточного реле 6. Кроме того она может
оказаться замкнутой при замыкании нормально разомкну-
тых контактов реле направления мощности нулевой по-
следовательности б. Промежуточное реле 6 приходит э
действие при замыкании контактов реле 4, включенного
на ток нулевой последовательности.
Схема защиты в целом может отключить выключа-
тель при следующих условиях:
1) если реле 2 и 3 в фазах сработают, а реле 4 п 5
не соаботают;
2) если реле 2, 3 и 4 сработают и реле 5 также сра-
ботает на замыкание контактов.
Первое условие соответствует междуфазному повреж-
дению без замыкания на землю, а второе-двухфазному
или двойному замыканию на землю стоками повреждения,
соответственно достаточными для действия реле 2 и 4.
Рассматривая условия работы защиты на линиях / и
линии / замыкает свои контакты, а ва линии // держит
их разомкнутыми. Следовательно, защита в целом на ли-
нии / с опережающей поврежденной фазой В подействует
и произведет отключение выключателя. На линии // с
отстающей поврежденной фазой С защита не подействует,
и линия // останется в работе.
Однако в случае двойного замыкания на землю на
двух разных участках одного радиального направления
может оказаться заблокированной защита на участке, бо-
лее удаленном от источника питания, и отключение про-
изойдет на участке, более близком к источнику питания,
хотя защита его. имеет большую выдержку времени. Та-
ким образом наличие блокировки защиты в подобных
случаях может приводить к отключению большего коли-
чества подстанций, чем если бы защита данной блоки-
ровки не имела.
При включении защиты по фиг. 111,95 в сетях с
двухсторонним питанием каждой подстанции при двойном
замыкании на землю в разных точках защита Действует
в одной точке и разделяет сеть на две части [Л. 0J.
В каждой части сети остается однофазное замыкание на
землю, которое ликвидируется одним из указанных выше
способов. При этом может быть сохранено питание всех
потребителей.
При проектировании и установке защиты необходимо
иметь в виду, что при двойных замыканиях на землю в
ид~ис~о
Фиг III95 Полная схема включения комплекта максн-
малиой направленной защиты с блокировкой действия
защиты опережающей поврежденной фазы при двойных
замыканиях на землю.
//ГАиг. 111,24) для двухфазного замыкания на землю в
разных точках, можно установить, что один из комплек-
тов включенных на этих линиях по схеме фиг. III, 96, не
сможет произвести отключения выключателя.
На фиг. III, 96 и III, 97 показаны упрощенные век-
торные диаграммы токов и напряжении у шин подста„.
ции А соответственно для линии / и линии // при допу-
щении, что напряжение поврежденных фаз по отношению
Гземле и ток в неповрежденных фазах равны нулю. Из
фиг. III. 96 и 111,97 видно, что угол сдвига фаз между
током и напряжением нулевой ™сле^J"™^™, для
линии / и // отличаются друг от друга на 180. Если для
линии / этот угол больше 90°, то для линии //он
меньше 90°. Следовательно, одно из реле направления
мощности нулевой последовательности будет действовать,
а второе нет. Так как реле мощности нулевой последо-
вательности включается для действия при отрицатель-
ном знаке мощности на его зажимах (см. гл. III, &21), то
реле 5 схемы фиг. III, 95 в рассматриваемых условиях на
Фиг. Ш.96. Векторная
диаграмма тока и напря-
жения нулевой последо-
вательности, подводи-
мых к зажимам реле 5
фиг. III, 95 на линии /
фиг. III. 94.
1в Лин J
Фиг. III,97. Векторная диа-
грамма тока и напряжения
нулевой последовательно-
сти, подводимых к зажимам
реле 5 фиг. III, 95 на ли-
нии // фиг. 111,94.
оазных точках в неповрежденных фазах могут иметь
место значительные токи, так как токи нулевой последо-
ват^ности, вызванные повреждением, иногда бывают
значительными и кроме того могут совпадать пс.напра-
влению с токами нагрузки. При выборе ip.m пусковых
максимальных токовых реле эти токи должны быть
УЧТСПри двойном замыкании на землю в разных точках
ток нулевой последовательности циркулирует по прово-
дам поврежденных фаз соответствующих линии и через
3еМЛАктивная составляющая сопротивления петли для
поотекания тока нулевой последовательности в этих ус-
ловиях является достаточно большой. Поэтому реле на-
правления мощности нулевой последовательности в
схеме фиг. III, 95 делесообразнее применять с косинусной
характеристикой, т. е. с />« = «,,•/,-cos <рр.
Эффективность известных схем'максимальной направ-
J лУ
9 Релейная защита
ленной защиты с блокировкой действия комплекта за-
щиты на одной из линий при двойных замыканиях на
землю в разных точках практикой эксплоатации еще не-
достаточно проверена.
Максимальная токовая направленная защита двух-
фазного выполнения (см. гл. III, § 24) обеспечивает без
всяких специальных блокировок отключение примерно в
67% случаев только одного места повреждения (см. также
гл. II, § 11). Поэтому двухфазные схемы, требующие для
своего осуществления также значительно меньшее коли-
чество оборудования, чем трехфазные, начинают в по-
следнее время получать широкое распространение и
должны быть рекомендованы к применению в качестве
основных. ,
Таким образом практически отпадает и надобность
в специальных блокировках при двойных замыканиях на
30. ПИТАНИЕ ЦЕПЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ НАПРАВЛЕН-
НЫХ ЗАЩИТ ПРИ ОТСУТСТьИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ ДАН-
НОГО ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
При отсутствии в защищаемой высоковольтной сети
измерительных трансформаторов напряжения питание об-
моток напряжения реле мощности в ряде случаев пред-
с тавляется возможным осуществить другими способами.
Как показывает анализ [Л. 6], наивыгоднейшим для
трехфазных реле с жестким подводом напряжения при
силовых трансформаторах группы Y/Д-П является со-
четание, отвечающее 60° схеме, в которой, например,
фазный ток 1А защищаемой линии взаимодействует с ли-
нейным напряжением Uqq со стороны треугольника.
Реле для этой схемы должны выбираться активными
(Яр==Мр'/р cos (pp) или близкими к ним.
Однофазные реле, включенные по такой схеме, рабо-
тают недостаточно надежно при двухфазных замыканиях
со стороны треугольника трансформатора, когда к одному
из реле может подводиться напряжение, близкое к нулю,
и ток, сдвинутый на угол <рр, приближающийся к 90°.
Поэтому для однофазных реле направления мощно-
сти более целесообразно применение схемы, аналогичной
90°. В ней ток, например, фазы А защищаемой линии
сочетается с напряжением фазы С по отношению к нуле-
вой точке системы, взятым со стороны треугольника.
Реле в этой схеме, как и нормальной 90°-ной, должно быть
смешанного типа с внутренним углом сдвига Ь ^ 45°,
реагирующим на Pp = up>ip cos (9/7 + 45°). Брать в этом
случае напряжение фазы по отношению к земле нельзя,
так как при возможных длительных однофазных замыка-
ниях на землю в сети со стороны треугольника транс-
форматора к реле могут подводиться напряжения, близ-
кие к нулю.
Недостатком этого включения для двухфазных защит
является некоторая сложность в получении напряжений
Фиг. 111,98. Питание
цепи напряжения ре-
ле мощности нулевой
последовательности
от трансформатора
тока, включенного в
цепь глухого заземле-
ния нулевой точки
звезды силового
трансформатора.
Фиг. 111,99. Питание
цепи напряжения реле
мощности нулевой по-
следовательности от
однофазного измери-
тельного трансформа-
тора напряжения,
включенного между
нулевой точкой си-
стемы и землей.
Применяемые варианты зависят от того, какие напряже-
ния — фазные, линейные или нулевой последовательности
требуются для данной схемы защиты.
Питание обмоток напряжения реле, включаемых
на фазные или линейные напряжения. В этом случае
к обмоткам напряжения реле мощности может подаваться
напряжение от измерительных трансформаторов напряже-
ния, установленных со стороны обмоток низшего напря-
жения силовых трансформаторов станции или понижаю-
щей подстанции, к шинам которой присоединяется рас-
сматриваемый конец защищаемой линии.
Если силовые трансформаторы имеют соединение об-
моток звезда-звезда, то реле направления мощности мо-
гут включаться по рассмотренным ранее 30° или 90° схе-
мам. Для осуществления этих схем к обмоткам напряже-
ния реле направления взамен линейных напряжений со
стороны высшего напряжения должны подводиться соот-
ветственные линейные напряжения со стороны низшего
напряжения; так, например, при группе силового транс-
форматора Y/Y-12 следует использовать одноименные
напряжения.
При соединении силового трансформатора по схеме
звезда-треугольник приходится подбирать такие напря-
жения, которые дали бы наивыгоднейшие значения мощ-
ностей иа зажимах реле.
130
по отношению к нулю системы. Если в конкретных усло-
виях получение этих напряжений затруднительно, допу-
скают и для однофазных реле использование первой из
рассмотренных схем.
Питание обмоток напряжения реле, включаемых
на фильтры напряжений нулевой последовательности.
В сетях с наглухо заземленной нулевой точкой цепи
напряжения реле мощности нулевой последовательности
могут питаться от трансформатора тока, включенного
,в цепь заземления нулевой точки трансформатора данной
подстанции (фиг. III, 98), или от трех трансформаторов
тока, установленных на выводах фаз звезды трансфор-
матора к шинам защищаемой сети и соединенных в схему
Гольмгрина. Такое включение обеспечивает правильную
работу органов направления по той причине, что вне
зависимости от направления мощности нулевой последо-
вательности в защищаемой линии направление тока
нулевой последовательности в цепи трансформатора ос-
тается неизменным; поэтому по нему и возможно вза-
мен напряжения U} производить ориентировку фазы тока
/о в линии.
Некоторыми фирмами выпускается реле мощности
нулевой последовательности с обмотками, специально
рассчитанными на такое присоединение. При использова-
нии для защиты индукционных реле направления ХЭМЗ
серии ИМ-140 приходится обмотку напряжения заменять
на токовую с добавлением на том же сердечнике спе-
циальной короткозамкнутой обмотки. При отсутствии
последней магнитные потоки двух систем, определяемые
слагающими токов нулевой последовательности, при-
мерно совпадающими по фазе, также совпадали бы по
фазе и давали результирующий вращающий момент,
близкий к нулю [Мвр = кФА, Ф^.8Ш<;(Фд, Ф#)].
При отсутствии наглухо заземленных трансформатор
ров на данной подстанции или в системах с малыми то-
ками замыкания на землю напряжение нулевой последо-
вательности может подводиться к реле от однофазного
измерительного трансформатора напряжения, первичная
обмотка которого включена между нулевой точкой
звезды трансформатора и землей (фиг. III, 99).
ГЛАВА IV
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Максимальные токовые направленные и не-
направленные защиты, рассмотренные выше, по
принципу своего действия не могли обеспе-
чить селективного и достаточно быстрого от-
ключения поврежденных, линий в развиваю-
щихся энергосистемах йри появлении парал-
лельно работающих станций и кольцованных
сетей.
Тогда для сетей сложной конфигурации
и коммутации был предложен и разработан
новый, так называемый дистанционный прин-
цип защиты.
Дистанционной называется защита, выдерж-
ка времени которой, определяемая- в первом
приближении расстоянием (дистанцией) от места
установки защиты до места повреждения, авто-
матически изменяясь, всегда имеет наименьшее
значение у тех реле, которые оказываются
наиболее близко расположенными к месту по-
вреждения. Этим принципиально обеспечи-
вается селективное отключение поврежден-
ного участка в сетях любой конфигурации, с
любым числом источников питания, с относи-
тельно небольшими в среднем выдержками
времени.
Принцип действия защиты рассматривается
на примере применения ее для радиальной сети,
имеющей двухстороннее питание (фиг. IV, 1).
Токи нагрузки для простоты не учитываются.
Защиты в данном случае должны быть, оче-
видно, установлены с обеих сторон каждой из
защищаемых линий, так как ток может направ-
ляться к месту повреждения с двух сторон.
Выдержка времени t дистанционной защиты
осуществляется зависящей от отношения на-
пряжения ир или его слагающей ир cos (<pp — ф)
к току ip в момент повреждения, т. е.
Гия ccs(<p0 — ф) П
'^Ч t J' (IV,1)
где, как и ранее, <fp = </(iip, ip), ф —некото-
рый внутренний угол сдвига реле.
Напряжение ир и ток ip равны соответст-
вующим первичным напряжению О и току /,
разделенным на коэфициенты трансформации
измерительных трансформаторов напряже-
ния пн и тока пт. Подведем к зажимам реле,
например, при трехфазном металлическом ко-
ротком замыкании, происшедшем в точке F на
расстоянии / от места установки защиты, ли-
нейный ток / и фазное напряжение U=I-zA =
amf.jgj, где 0!— импеданс положительной после-
довательности линии на 1 km. Выдержка вре-
мени защиты в этом случае, если приняты <рр =
= ф, выразится следующим образом:
Таким образом выдержка времени защиты
оказывается не зависящей от абсолютных вели-
чин токов и напряжений на зажимах реле и оп-
Фиг. IV, 1. Действие дистанционной защиты в радиальной
сети, имеющей двухстороннее питание.
ределяется исключительно расстоянием до
места повреждения. Меньшим расстояниям со-
ответствуют меньшие выдержки времени, и на-
оборот. Поэтому защиты S и 4 поврежденной
линии ВС как ближайшие к месту короткого
замыкания (расстояния /3 и /4) подействуют
в первую очередь и селективно ее отключат.
Защиты J и 6 также придут в действие; од-
нако как более удаленные (расстояния 1г и /6)
они сработают как резервные только в том
случае, если по каким-либо причинам уча-
сток ВС не будет отключен своими защитами.
Защиты 2 и 5 находятся на таких же расстоя-
ниях от точки повреждения F, как и защиты 3
и 4: Поэтому они могли бы неселективно сра-
ботать одновременно с защитами 3 и 4, оставив
без напряжения подстанции В и С. Для пред-
отвращения этого дистанционные защиты снаб-
131
жаются органами направления мощности, раз-
решающими им действовать только при на-
правлении мощности от шин в линию (см. гл. III).
При повреждении в точке F токи повреждения
/' и Г направлены к шинам подстанций В и С
и поэтому защиты 2 и 5 неселективно подейст-
вовать не смогут. Органы направления мощ-
ности не требуются только для дистанционных
защит, устанавливаемых на радиальных линиях
с односторонним питанием.
Необходимо отметить, что использование реле, реа-
гирующих на остаточные напряжения, пропорциональные
расстоянию до места короткого замыкания, взамен реле,
реагирующих на отношение напряжения к току для осу-
ществления защит, подобных дистанционным, не дает
в общем случае удовлетворительных результатов. Это
объясняется тем, что остаточные напряжения, пропор-
циональные токам, могут весьма сильно колебаться при
изменениях режимов работы системы. При этом имели
бы место соответствующие недопустимые изменения вы-
держек времени защиты..
2. ОСНОВНЫЕ ОРГАНЫ ЗАЩИТЫ
Дистанционная защита является одной из
наиболее сложных современных защит и в общем
случае состоит из следующих основных органов:
1) пускового органа, назначением которого
является пуск защиты в действие в момент
возникновения повреждения;
2) органа выдержки времени, состоящего из
омметра и устройства, создающего выдержку
времени; омметр, реагирующий на отношение
Ир (или его слагающей) к ip должен устанавли-
вать удаленность повреждения по отношению
к месту установки защиты; элемент выдержки
времени, осуществляемый, например, в виде
отдельного реле времени или часового механиз-
ма, служит для создания выдержки времени
защиты, соответствующей определяемому ом-
метром расстоянию до места повреждения; орган
выдержки времени определяет специфические
свойства данной защиты;
3) органа направления мощности, предотвра-
щающего действие защиты при направлении
мощности по защищаемой линии к шинам под-
станции, на которой эта защита установлена.
Перечисленные органы и элементы конструк-
тивно оформляются или в виде одного сложного
комбинированного реле, называемого дистанци-
онным, или в виде отдельных более простых
реле. Необходимо также иметь в виду, что
отдельные органы дистанционной защиты ино-
гда совмещаются в объединенных элементах.
Так, например, совмещают пусковой орган или
омметр с органом направления мощности. Такие
комбинированные элементы на практике приме-
няются относительно редко, так как имеют
ухудшенные характеристики входящих в них
органов по сравнению с вариантом раздельного
выполнения последних. Однако при их исполь-
зовании сх£мы обычно осуществляются мень-
шим количеством реле.
132
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ
Характеристика выдержки времени пред-
ставляет зависимость времени действия защиты
от расстояния до места повреждения, которое,
как указывалось выше, определяется отноше-
нием Up (или его составляющей) к ip.
Это отношение имеет размерность сопротив-
ления (омы). В настоящее время используются
три основных типа характеристик выдержек
времени:
1) наклонные (фиг. IV, 2 а);
2) ступенчатые (фиг. IV, 2 б);
3) комбинированные (фиг. IV, 2 в).
ттгт
I
ft
J±
1
tceni
t?= var
Som сспротиОлениЗ
замеряемых омметрам
Сспоотидлены
на заЖимагрель
тжкижирш
Фиг. IV,2. Типы характеристик выдержек времени ди-
станционной защиты.
а •— наклонная, б »— ступенчатая, в — комбинированная*
Наклонные (плавно зависимые) характера-1
стики дают времена действия, возрастающие с,
увеличением отношения напряжения к токунз
зажимах реле; они характеризуются тремя вы-
держками времени: основным временем t1$ с
которым защита действует при металлических \
замыканиях у м$ста ее установки (~.р= 0);:
временем действия t^ соответствующим повреж-
дениям в пределах расстояния, которое может
замеряться омметром; предельным временем t^\
с которым защита действует при удаленных
повреждениях, расположенных за пределами
замеряемых омметром расстояний. Для облегче-
ния согласования работы защит смежных участ-
ков времена tly t3, а также наклон характеристик
обычно возможно регулировать.
Ступенчатые характеристики отличаются от
наклонных в основном тем, что сохраняют посто-
янную выдержку времени при изменениях от-
ношения -* в определенных пределах, называ-
емых зонами. Число зон в целях упрощения
схем защит обычно ограничивается тремя. В
первой зоне защита работает с основной вы-
держкой времени tu которая, как правило,
определяется только собственным временем
входящих в схему мгновенных реле. Вторая и
третья зоны имеют соответствующие искус-
ственно создаваемые выдержки времени t2 и ts.
С выдержкой^ времени третьей зоны защита
.работает при* удаленных повреждениях, рас-
положенных вне замеряемой омметром зоны.
Длины первой и второй зон защиты, а также вы-
держки времени второй и третьей ступеней ее
выполняются регулируемыми. Следует отме-
тить, что третьей зоне ступенчатой характери-
стики соответствует при наклонной характери-
стике работа защиты с предельным временем td.
Очевидно также, что наклонную характеристику
можно рассматривать как предел ступенчатой,
имеющей очень большое число ступеней.
Комбинированные характеристики представ-
ляют сочетание наклонных со ступенчатыми.
В начальной части, соответствующей первой
зоне ступенчатой характеристики, они обеспе-
чивают действие защиты с основным временем tx.
При повреждениях в пределах второй зоны
защита действует с временем, зависящим от
расстояния до места повреждения. Наконец при
удаленных повреждениях, расположенных вне
зоны, замеряемой омметром (третья зона), защи-
та работает с предельной выдержкой времени t3.
Эти характеристики имеют обычно регули-
ровку зоны мгновенного действия, предельного
времени и крутизны наклонной части, а также
возможность перемещения последней парал-
лельно самой себе.
Выдержки времени дистанционной защиты
с наклонными характеристиками для радиальной
сети с двухсторонним питанием приведены на
фиг. IV, 3. Защиты рассматриваемой сети дол-
жны быть снабжены органами направления мощ-
ности. Поэтому согласование характеристик
смежных участков производится раздельно для
реле 5,3, 7, действующих при направлении тока
повреждения слева направо, и для реле 2, 4,6,
действующих при направлении тока справо
налево (см. гл. III).
Наклонные характеристики принципиально
выбираются следующим образом. Основное вре-
мя tu с которым защита действует при повреж-
дении у места ее установки, выбирается по
возможности минимальным. Выдержка времени
данной защиты при повреждении у шин смеж-
ной подстанции (например, шин В для защи-
ты 1) и далее на соседних линиях в направ-
лении ее возможного действия, определяе-
мом органом направления, должна иметь вели-
чину минимум на ступень Д£ большую, чем у
защит смежных элементов. Этим обеспечивает-
ся селективность действия защиты при корот-
ком замыкании вне данной линии. При этодо для
Фиг. IV, 3. Наклонные характеристики выдержек времени
дистанционной защиты для сети с двухсторонним питанием.
уменьшения времени действия U защиты смеж-
ные элементы должны иметь защиты с доста-
точно малыми выдержками времени. Предель-
ные выдержки времени защит tz выбираются,
как и для максимальной токовой направленной
защиты, по встречно-ступенчатому принципу (см.
гл. III). Представление защите возможности
действовать при коротком замыкании на смеж-
ных участках дает возможность осуществить
резервирование защит последних и их выключа-
телей. Так, например, при коротком замыкании
на участке ВС и отказе в действии его выклю-
чателя 3 сработает .защита 1. Ограничение на-
клонной части характеристик независимой гори-
зонтальной с временем ts фиксирует возможные
максимальные резервные времена действия за-
щит, не зависящие от величин, замеряемых
омметрами. Трудности при подборе характери-
стик возникают при наличии коротких участков,
а также при согласовании защит последних с
защитами соседних участков большей длины.
При малой длине защищаемой линии для под-
бора необходимой выдержки времени в конце
ее приходится увеличивать крутизну характе-
ристики (защита 3). При этом может появиться
возможность ее пересечения с характеристи-
кой защиты следующего, более длинного участ-
133
ка (защитой /). Поэтому в ряде случаев явля-
ется целесообразным увеличивать основное вре-
мя tt защит коротких участков, избегая этим
значительного увеличения крутизны их характе-
ристик. На фиг. IV, 3 это сделано для защит 3
и 4. Подобранные указанным образом характе-
ристики обеспечивают отключение только по-
врежденного участка, на котором защиты рабо-
тают (фиг. IV, 3) с минимальными временами.
, Подбор ступенчатых характеристик показан
на фиг. IV, 4. Было бы желательно охватить
всю длину защищаемой линии первой мгновен->
tench
Фиг. IV,4. Ступенчатые характеристики выдержек вре-
мени дистанционной защиты для сети фиг. IV, 3.
Фиг. 1V,4'. Вариант ступенчатых характеристик при малой
длине участка ВС.
ной зоной. Однако защита при этом практи-
чески не различала бы места повреждения в
конце защищаемого участка и начале следую-
щего, так как разность сопротивлений до них,
определяемая только шинными соединениями
подстанции, ничтожно мала. Необходимо также
учитывать ошибки в замере омметром рас-
стояния до места повреждения, обусловленные
неточностью работы самого омметра, неточ-
ностью работы измерительных трансформато-
ров тока и напряжения^ влиянием несиммет-
ричных переходных сопротивлений в месте
повреждения, влиянием токов нагрузки, изме-
нением сопротивления защищаемой линии за
счет изменения температуры ее проводов и т. д.
Вследствие этих ошибок точка, определяющая
конец первой зоны, может в условиях экспло-
атации перемещаться вдоль линии на некото-
рую величину ±Д/. Поэтому первой зоной
обычно охватывают только 70 -:~80% длины ли-
нии; при этом в случае повреждения в начале
смежного участка даже при максимальных
ошибках в замере защита будет работать с
выдержкой времени t2 второй зоны. Эта вы-
держка времени выбирается на ступень kt
большей, чем у защит смежных участков (на-
пример, основной выдержки их дистанционных
защит). Для предотвращения неселективной
работы данной защиты (например, 1) при ко-
ротком замыкании во второй зоне защиты смеж-
ного участка (защиты 3) вторая зона должна
кончаться в пределах 70 — 80 % смежного
участка. Учитывая рассмотренные выше
ошибки в замере, вторую зону кончают
на расстоянии 20—40 % смежного участка
при равной длине линий. Выдержки вре-
мени ts третьей резервной зоны дистанцион-
ной защиты, работающей независимо от заме-
ров омметра, выбираются по встречно-ступен-
чатому принципу. Как известно (см. гл. III,)
встречно-ступенчатый принцип обеспечивает
селективное отключение повреждений в коль-
цевых сетях только при наличии одного ис-
' tcenl
Фиг. TV,5. Комбинированные характеристики выдержек
времени дистанционной защиты для сети фиг. IV, 3.
точника питания. Дистанционная защита при-
меняется в системах ^с любым числом истцчни-
ков питания. В последнем случае приходится
считаться с возможностью неселективной рабо-
ты защиты в третьих зонах. В указанных усло-
виях может также иметь место неправильное
действие дистанционной защиты с наклонными
характеристиками в случае работы ее с предель-
ными выдержками времени t3. Улучшение
могло бы быть достигнуто при осуществлении
защит с четырьмя зонами; однако в целях упро-
щения схем на это, как правило, не идут.
При этом учитывается также то, что третья
зона является резервной, предназначенной для
действия только в некоторых частных случаях,
например, при коротком замыкании во второй
зоне смежного участка, защита которого
отказала, или при увеличенном замере ом-
метреш вследствие больших переходных со-
противлений (см. ниже). При наличии корот-
134
ких участков в некоторых случаях не удается
осуществить первую зону защиты ввиду отсут-
ствия омметров достаточно высокой чувстви-
тельности (участок ВС фиг. IV, 4'). Тогда весь
участок защищается с выдержкой времени t2'
второй зоны обусловливая повышенные выдерж-
ки времени, t2" вторых ступеней смежных
участков (t%" должно быть >• t2'). Как следу-
ет из фиг. IV, 4, применение правильно по-
добранных ступенчатых характеристик также
обеспечивает селективное отключение только
поврежденного участка, защиты которого ра-
ботают с наименьшими выдержками времени.
Подбор комбинированных характеристик
производится согласно соображениям, приве-
денным выше для первых двух случаев (фиг.
IV,5). Выдержки времени защит, с которыми
они работают на первых участках, для всех
типов характеристик выделены на фиг. 3,4 и 5
утолщенными линиями.
Сравнение свойств дистанционных защит
с разными типами характеристик приводит к
следующим выводам:
1. Ступенчатые характеристики обеспечива-
ют мгновенное отключение повреждений на на-
чальных 70-^-80% длины линии. Повреждения
в этой части линии, примыкающей к основным
станциям и подстанциям, являются наиболее
опасными для системы, так как могут вызвать
сильную посадку напряжений на шинах бли-
жайших подстанций. При наклонных характе-
ристиках указанные повреждения за исключе-
нием расположенных непосредственно у шин
подстанций отключаются с выдержкой времени.
2. Повреждения на удаленных от места уста-
новки защит 20-*-30% длины линии отклю-
чаются при ступенчатой характеристике в об-
щем случае несколько медленней, чем при
наклонной (фиг. IV,6). Однако эти удаленные
повреждения менее опасны для системы. Не-
обходимо также отметить, что в среднем по
всей длине линии ступенчатая характеристика
обеспечивает меньшие времена отключений, так
как выигрыш во времени (+ на фиг.1У,6) ока-
зывается большим, чем проигрыш (—на той
же фигуре).
3. Наклонные характеристики обеспечива-
ют большую легкость и надежность согласо-
вания выдержек времени защит смежных участ-
ков, однако органы выдержки времени, даю-
щие наклонные характеристики, являются зна-
чительно более сложными.
4. Комбинированные характеристики в извест-
ной мере объединяют достоинства ступенчатых
характеристик (мгновенная первая зона) с до-
стоинством наклонных (большая легкость и
надежность согласования), однако конструк^
тивно органы выдержки времени для них по-
лучаются столь же сложными, как и у реле с
наклонными характеристиками.
В связи с изложенными выше соображения-
ми в настоящее время наибольшее распрост-
ранение имеют защиты со ступенчатыми и
комбинированными характеристиками.
4. ОРГАНЫ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ
Отношение ир (или его слагающей) к 1Р
принято называть сопротивлением на зажимах
реле. Это сопротивление физического значения
не имеет, является фиктивным и поэтому
представляет собой только некоторую расчет-
ную величину, удобную для вычислений.
Органы выдержки времени классифицируют-
ся по характеру указанного фиктивного со-
противления, на которое они реагируют. При
этом по аналогии с физическими соотношениями,
.характеризующими треугольник падений на-
пряжения в линии при трехфазном коротком
замыкании (фиг. IV, 7), различают следующие
основные типы органов выдержки времени:
Up=tp.Zp
&> 1р*Гр
Фиг. IV,6. Сравнение величин Фи?. IV,7. Векторная
выдержек времени дистанционных диаграмма тока и на-
защит с наклонными и ступен- пряжения, подводи-
чатыми характеристиками при мых к зажимам орга-
повреждениях на защищаемой нов выдержки вре-
линии. мени.
1. Импедансные органы, реагирующие на
величину полного фиктивного сопротивления
на их зажимах:
lp
(IV.3)
2. Реактансные органы, реагирующие на
величину реактивной слагающей фиктивного
сопротивления на их зажимах:
-—- sin <рр.
*р
(IV.4)
3. Резистансные органы, реагирующие на величину
активной слагающей фиктивного сопротивления на их
зажима^:
rp=-f-cosyp.
(IV,5)
Импедансные органы применяются главным
образом для осуществления защит воздушных
сетей напряжением 35 kV и ниже, а также
кабельных сетей всех напряжений.
П5
Для защит воздушных сетей напряжением
110 kV и выше чаще применяются реактансные
органы. Это вызвано тем, что их работа менее,
чем импедансных, подвержена влиянию актив-
ных сопротивлений, например, вольтовых дуг,
в месте повреждения, искажающих замер ди-
станции. Сопротивления же вольтовых дуг в
сетях высокого напряжении имеют большие
значения, чем в сетях среднего и низкого на-
пряжений.
Применение реактансных органов в сетях
среднего напряжения для уменьшения влияния
на работу защиты активных переходных со-
противлений, а также сопротивлений дуг, имею-
щих меньшую, но все же конечную величину,
обычно не практикуется. Причины этого — мень-
шая в ряде случаев точность, большая слож-
ность конструкции и более высокая цена реак-
тансных защит по сравнению с импедансными.
Резистансные омметры были в свое время предложены
для защиты реактированных кабельных сетей, имеющих
преимущественно активное сопротивление. Их примене-
ние должно было устранить влияние на замер дистанции
сосредоточенных реактансов реакторов. Однако на практи-
ке они распространения не получили, так как рассматривае-
мые сети могут в случае необходимости защищаться
более простой импедансной защитой.
К органам выдержки времени кроме общих
требований, предъявляемых к ним, как и к боль-
шинству основных реле (см. гл* II,), предъявля-
ется также ряд специфических требований.
Они вытекают из принципа действия защиты,
условий выбора для нее характеристик выдер-
жек времени и сводятся к следующему:
1. Органы должны по возможности точно
реагировать , на величины сопротивлений (zp,
хр, гр) независимо от абсолютных значений ир,
ip и угла срр между ними.
2. Органы со ступенчатой характеристикой
должны иметь по возможности большую чувст-
вительность, характеризуемую соответствую-
щими импедансом трогания zp.m, реактансом тро-
гания хр. т или резистансом трогания гр. т. Разли-
чают реле максимального и минимального типов.
Реле максимального типа действует (замыкая
или размыкая контакты) при увеличении
сопротивления на своих зажимах до заранее
установленной минимальной величины. Реле
минимального типа действует при уменьшении
сопротивления на зажимах до заранее установ-
ленной максимальной величины. Принципиаль-
но одно и тоже реле может быть' максималь-
ным или минимальным. Рассматриваемый орган
независимо от типа можно считать тем более
чувствительным, чем меньшее сопротивление
трогания на нем можно установить, потому что
с уменьшением сопротивления трогания умень-
шается длина участков, на которых может
быть применена данная защита.
3. Органы с наклонной характеристикой
должны давать возможность получения харак-
теристик с достаточно большой крутизной,
необходимой для применения защиты также
на коротких участках.
4. Органы со ступенчатой характеристикой
должны иметь регулируемые сопротивления
трогания и выдержки времени второй и треть-
ей зон, органы с наклонной характеристикой
— регулировку наклона последней, основного
и предельного времени.
Конструктивно следует различать два основ-
ных выполнения органов выдержки времени:
1) посредством мгновеннодействующих ре-
ле сопротивления, выполняющих функции ом-
Фиг. IV, 8. Принципиальная схема электромагнитных
реле минимального сопротивления мгновенного действия.
Фиг. IV, 9. Зависимость сопротивления трогания реле
минимального импеданса от тока в* его токовой обмотке.
метра, и отдельных реле времени, создающих
выдержку времени, соответствующую замерен-
ному сопротивлению:
2) посредством специальных реле, совмещаю-
щих функции омметра и элемента времени и
работающих, следовательно, с выдержкой вре-
мени, соответствующей замеренному сопротив-
лению.
5.* ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МГНОВЕННОДЕЙСТВУЮ-
ЩИХ РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ОРГАНОВ
ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ
Реле сопротивления мгновенного действия
обычно выполняются на электромагнитном,
индукционном или электродинамическом прин-
ципах.
Электромагнитные реле сопротивления.
Принципиальная схема выполнения реле мини-
мального типа (минимального импеданса) пока-
зана на фиг. IV, 8. Реле имеет коромысло, на
которое воздействуют в противоположных на-
правлениях два вращающих момента, один из
которых зависит от ip, а другой от tip*
136
Моменты Мт токовой системы и Мн систе-
мы напряжения можно считать пропорциональ-
ными соответственно квадратам ip и ир :
Мт =k'm(wm -ip)2^km -4; (IV,6)
Мя-к'я-{ън-Ь)*=кн-я1. (IV,7)
При нормальной работе Мн перевешивает
и реле держит свои контакты разомкнутыми.
При возникновении короткого замыкания ток
в защищаемой линии в общем случае увеличи-
вается, а напряжение понижается. При этом
реле мгновенно действует, замыкая контакты,
если Мн<СМт. Пренебрегая добавочным ме-
ханическим моментом Мм, обусловленным,
например, действующей на коромысло пружи-
ной и силами трения, можно считать, что дейст-
вие реле наступит уже при Мм=Мт или
kHUp=km • ip. Другими словами, реле подейст-
вует при понижении импеданса на его зажи-
мах до величины импеданса трогания zPm m, рав-
ной
%.*=-g-l/^-. (IV.8)
Таким образом идеальное реле импеданса
должно, как то и требуется, работать незави-
симо от абсолютных значений напряжения и
тока, к нему подведенных (прямая а фиг. IV,9).
При действии на правую электромагнитную систему
реле неи^, а мощностей up*ipsiny или tip*ip»cos<ppt по-
лучим соответственно реле реактанса или резистанса.
Реальные конструкции реле обладают од-
нако в той или иной степени зависимостью от
значений токов и напряжений. Это обусловли-
вается наличием Мм и насыщением магнито-
проводов.
При учете Мм реле сработает при выполнении усло-
вия Мн + Мм = Мт или kH*up + М.м — km*ip; поэтому
импеданс трогания оказывается равным
"р,т
^v
Мл
кя
*н-%
(IV,9)
Таким образом при малых гр импеданс трогания ока-
зывается преуменьшенным (часть 8 кривых фиг. IV.9).
Минимальный ток, при котором реле может
действовать, преодолевая механический момент
сопротивления (йр=0), называется током тро-
гания ip.m. мм
При больших токах членом .,/ обычно можно пре-
небречь. kH*lp
При насыщении сердечника токовой системы при том
же значении напряжения ир для создания вращающего
момента Мт% достаточного для действия реле, необходим
больший ip, так как коэфициент km уменьшается. Таким
образом насыщение токовой системы приводит к умень-
шению zp m (кривая в фиг. IV,9). Являясь достаточно бы.
стродействующими, реле в рассмотренном элементарном
виде имеют зависимость от угла ур и могут ненадежно
работать. Это объясняется зависимостью мгновенных зна-
чений моментов Мн и Мт от времени (см. гл. II) и вли-
янием ампервитков обмоток тока напряжения друг на
друга. Для улучшения параметров реле выполняют, на-
пример, систему напряжения в виде двух электромагнитов
с токами, сдвинутыми по фазе, или используют для нее-
выпрямленный ток.
Регулировка zp.m производится преимуще-
ственно посредством изменения числа витков
wm обмоток тока или включением добавочных
сопротивлений в цепь напряжения.
Необходимо иметь в виду, что регулировка
посредством изменения wm токовой цепи обу-
словливает изменение ip. m\ так, например, при
уменьшении wm, а следовательно, и zp. m вдвое,
ip, m увеличивается соответственно в два раза.
При изменении zp.m посредством регулировки
wH обмотки напряжения изменяется в квадрате
мощность, забираемая от трансформаторов на-
пряжения. Это обусловливается тем, что сопро-
Фиг. IV.10. Прин-
ципиальная схема
индукционного ре-
ле ' минимального
сопротивления 'мгно-
венного действия.
1
4P-1.^i
ир
А
тивление обмотки напряжения реле примерно
пропорционально квадрату числа ее витков.
Таким образом получение реле с малыми 0р.т,
а следовательно, большим потреблением в цепи
напряжения, должно в ряде случаев ограни-
чиваться теми мощностями, которые могут
быть получены от трансформаторов напряже-
ния при сохранении необходимой точности их
работы, а также возможностью выполнения об-
моток с необходимой термической устойчи-
востью.
Индукционные реле сопротивления. Одна
из -возможных принципиальных схем выполне-
ния реле минимального импеданса приведена
на фиг. IV, 10. На диск реле действуют два
электромагнита, имеющие короткозамкнутые
витки на своих полюсах. Наличие короткозам-
кнутых витков обеспечивает создание каждым
электромагнитом за счет двух сдвинутых про-
странственно и по фазе потоков соответствую-
щего вращающего момента. Витки располо-
жены на полюсах так, что Мн и Мт дейст-
вуют на диск в противоположные стороны
(см. гл. И.) Обмотка правого электромагнита
питается током iPf к обмотке левого прило-
жено напряжение ир. Диск имеет прорез по
диаметру для исключения влияния систем тока
и напряжения друг на друга, т. е. для обеспе-
чения независимости действия реле от угла
сдвига <?р.
Мт и Мн при отсутствии насыщения могут
быть приняты, как и для электромагнитных
систем, пропорциональными квадратам ip ш
137
Up (IV, б и IV, 7). При нормальной работе
перевешивает Мн и реле держит контакт
разомкнутым. При возникновении повреждения
реле мгновенно действует, если импеданс на
его зажимах понизится до величины, меньшей
или равной zp, m (IV, 8). Регулировка zp.
т может
производиться, как у электромагнитных систем.
ХЭМЗ выпускает реле максимального импе-
данса типа ИИ-120. Их отличительной особен-
ностью является то, что они имеют специаль-
ную форму диска 4 (фиг. IV, 11), обеспечивающую
возможность плавной регулировки zp, m.
При повороте диска по направлению часовой
^стрелки на угол а от некоторого начального
положения йод полюс токовой системы 2 с ко-
роткозамкнутым витком 3 подводится большая
его поверхность. При этом увеличивается Мт
вследствие увеличения действующей на диск
силы и перемещения точки ее приложения
в направлении от оси диска. Очертание
138
диска в этой части выбирается таким, что
Мт = кт.%-а. (IV, Ю)
В части, находящейся под системой напря-
жения /, очертание диска выбирается таким, что
с увеличением угла а под полюсом остается все
меньшая часть поверхности диска. В результате
этого момент от системы напряжения
Таким образом реле работает при повышении
импеданса на его зажимах от нуля до величины,
равной или большей
zp.m ^=j/g.a, (IV,12)
Из (IV,12) следует что zp.m прямо пропор-
ционален углу поворота диска а. Поэтому
плавная^ регулировка реле рассматриваемой
конструкции производится посредством поворо-
та диска относительно полюсов электромагни-
тов / и 2 на соответствующий угол а. При таком
повороте момент пружины 6, действующий на
подвижной контакт реле 5, остается неизменным,
так как поворот диска осуществляется путем
перемещения по неподвижной дугообразной
шкале 8 самой контактной системы (неподвиж-
ного контакта 7), к которой свободным концом
прикреплена пружина.
Обмотки тока и напряжения реле разделены
на две части. Поэтому различным включением
частей обмоток—последовательным или парал-
лельным—изменяются пределы регулирования.
Реле с размыкающим контактом позволяет
уменьшить собственное время действия кон-
струкции, доведя его до величины порядка
0,05 сек.; при замыкающих контактах это
время оказывается значительно большим.
Реле выпускается в двух модификациях:
ИИ-121 и ИИ-122, разнящихся пределами регу-
лировки. В зависимости от соединения частей
обмотки напряжения (параллельное или по-
следовательное) у первого типа Zp.m регули-
При нормальной работе напряжение к реле
не подводится (обмотка напряжения не рассчи-
тана на длительное включение под напряжение).
В этом случае реле держит свои контакты 5,7
замкнутыми под действием небольшого момента,
так называемой безмоментной пружины 6 и
момента от iPf если таковой имеет место в
2 защищаемой линии. При возникновении повреж-
дения пусковой орган защиты подводит к об-
мотке реле напряжение, создающее вращающий
момент, действующий в сторону размыкания
контактов. Реле мгновенно подействует, размы^
кая контакт, при выполнении условия (прене-
брегая механическим моментом Мм): Мн%Мт
или
kH-u2„
—>h
:*-*5*.
руется в пределах 0,2—1,2 Q или 0,4 — 2,4 Q, у
второго типа соответственно 0,6—32и 1,2 — 62.
Достоинством реле является его высокая
чувствительность. К основным недостаткам
относятся: большие погрешности в замере при
токах, меньших 7 —10 А (до 15%), большое
потребление мощности обмоткой напряжения
при минимальной уставке (порядка 140 VA) и
некоторые другие.
Как показали произведенные в последнее
время испытания, качество реле может быть
несколько повышено, если его короткозамкну-
тые витки повернуть на 180°.
На фиг. IV, 12 изображена принципиальная
схема реле максимального реактанса типа
ИР-105 ХЭМЗ. Магнитная система реле состоит
из двух электромагнитов: верхнего 1 трехстерж-
нёвого и нижнего 2 подковообразной формы,
между которыми укреплен дискЗ. На среднем
сердечнике верхнего электромагнита размещена
обмотка напряжения, на нижнем электромагни-
те— обмотка, питаемая током ip. К цепи напря-
жения омметра подводятся два последовательно
включенные напряжения: первое ир от изме-
рительных трансформаторов напряжения через
автотрансформатор 4, второе е от вторичной
обмотки ненасыщающегося промежуточного
трансформатора тока 5 (магнитопровод выпол-
нен с воздушным зазором), включенного после-
довательно в токовую цепь. В цепь напряжения
реле влючена емкость 6, создающая резонанс
напряжений. Емкость шунтирована активным
сопротивлением 7, служащим для настройки
получающегося контура.
Векторная диаграмма реле дана на фиг.1У,13.
Отдельные величины, в нее входящие, означают
следующее:
iP — ток, подводимый к реле; его
вектор принят за исходный
при построении диаграммы;
и ' = -£-— напряжение на вторичной сто-
роне автотрансформатора на*
пряжения, равное его пер-
вичному напряжению, делен-
ному на коэфициент транс-
формации па\
?р — угол сдвига между ip и совпа-
дающими между собой по фазе
vC и ир, определяемый харак-
тером повреждения и схе-
мой включения реле;
Фт— магнитный поток в магнито-
проводе промежуточного
трансформатора тока, про-
порциональный ip и отстаю-
щий от него на некоторый
угол f'; поскольку ip является
почти полностью намагничи-
вающим (ток в цепи напряже-
ния мал, угол f определяется
в основном активными поте-
рями в железе;
e = k-ip — э. д. с, индуктируемая потоком
Фт во вторичной обмотке
промежуточного трансформа-
тора; по величине она пропор-
циональна ip; по фазе отстает
от Фт на угол 90°;
Фнг. IV,12. Принципиальная схема индук-
ционного реле максималь-
ного реактанса мгновенного
действия типа ИР-105 ХЭМЗ.
Фиг. IV, 13. Векторная
диаграмма омметра реле
ИР-105 ХЭМЗ.
ирез— «p-f-^'fp —результирующее напряжение,
действующее в цепи напря-
жения реле;
i—ток в обмотке напряжения
реле; при точной настройке
цепи напряжения на резонанс
напряжения он совпадает по
фазе с обусловливающим его
напряжением ире^\
поток, выходящий из среднего
сердечника верхнего магнито-
провода и отстающий от тока
i на угол y"> обусловленный
в основном активными поте-
рями в стали;
139
Фи
рез
Ф; — поток, выходящий из полюсов
нижнего магнитопровода, от-
стающий по фазе от ip на
угол т'", обусловленный актив-
ными потерями в стали.
Из рассмотрения векторной диаграммы сле-
дует, что на диск реле действуют Фирез и Фг-,
сдвинутые пространственно и по фазе. Таким
образом создается Мвр=к-Фирез-Ф1ъ1п (Фа,Ф,)
(см. гл. II). Фирез пропорционален U а следо-
вательно, и ирез\ Ф/ пропорционален i0. Угол
сдвига между Фарез и Ф£, считая -]f" = Y"'> равен
углу сдвига ср между ирез и ip; поэтому
Mep=krupe3-ip-sin ср. (IV, 13)
Выражение upe3-sin<? 'представляет собой
проекцию вектора ирез на ось, перпендикулярную
ip] оно может быть заменено алгебраической
суммой проекций на ту же ось векторов и/
и kip, представляющих слагающие ирез. Эта
сумма, как то следует из диаграммы, равна
ир'$тур— k-ipcos*{. Принимая во внимание это
соотношение, получим
МеР =k^ip (и '/sin <?p — k-ip- cos -f) =
— ki-iiyipsinc?p — ^й-^-cos y' я
= V~4>sin Ъ — К* i/cos T\ (IV, 14)
При нормальной работе реле держит свои
контакты замкнутыми под действием пружины
и момента индукционной системы, обусловли-
ваемого ip {up к реле не подводится). При
возникновении повреждения к реле подводится
ир. Реле действует, мгновенно размыкая свой
контакт, при наличии Мвр соответствующей
величины и направления. В общем случае для
действия необходим Мвр^ММ9 при котором
k£?-h sin Ь — К Рр cos f > Мм.
Другими словами, реле подействует в том слу-
чае, если хР окажется равным или большим, чем
ь*~ * . мм (IV ,15)
— up
^-Sinf,--^fla-COsf +
lp КХ
h-
Р t
При iPf равном примерно 5А и выше, слагаю -
щей, зависящей от Мм в соотношений (1V,15),
можно пренебречь. Величина cosf, близкая к
единице, при изменении ip и ир колеблется
незначительно и может быть принята за посто-
янную. При указанных допущениях
Хр.т = k3-Ha. (IV, 16)
Из приведенных соотношений еще непосредственно
ие видно сравнение величин ир s'myp и ip> отношение
которых определяет сопротивление на зажимах любого
реактансного омметра.
Для выявления указанного соотношения фа можно
разбить на два слагаемых: Фа—обусловленный напряже-.
нием Up и Фе, обусловленный э. д. с. е = k»ip (фиг. IV, 13).
140
Взаимодействие Ф/ с Фа и Фе, один из которых (Фц) его опе-
режает, а другой (Фе,) отстает, создает два вращающих
момента М' и М'\ действующие в противоположные
стороны:
М' = ЫФа Ф{ sin (Ф/э &u)~k"up'-ip sin <pp;
М" = к'ФеФ( sin(^t if)^k"-kPp.
Условие равновесия подвижной системы имеет место
при равенстве М' и М" (принимая Мм ^ 0; см. также
соотношение (IV, 14), дающее тот же результат); отсюда по-
лучаем ир «sin <p;=&•ip. Если ир sin yp<C.k*ip, реле держит
свои контакты замкнутыми, если и'р sin <рр>&-*р, реле раз-
мыкает контакты. При 180° <<Рр<360° хр имеет отрица-
тельное значение и оно при этом, как и при сопротивле-
ниях, меньших хр mi оставляет свои контакты замкнутыми.
Минимальный хр, т реле ИР-105 равен 0,25 Q.
Его регулировка производится путем измене-
ния па автотрансформатора напряжения. Ошиб-
ки в замере реактанса по данным завода не
превосходят ±15% от установленной величины
при изменении тока ip в пределах от 5 до 80 А
и угла срр от 40 до 90°. На реле, выполненное
Но цепь
отключена*
Фиг. IV, 14. Принципиальная схема выполнения органа
выдержки времени посредством двух омметров мини-
мального сопротивления с замыкающими контактами.
по индукционному принципу и имеющее резо-
нансный контур, сильно влияет частота тока
в защищаемой системе. Ошибки в хр.т от ча-
стоты при угле ^ = 40° составляют примерно
3% на каждый процент отклонения частоты от
50 Hz; при ср/,=90° погрешность от частоты
равна нулю.
Одним из основных недостатков рассмотрен-
ной конструкции являются значительные сум-
марные погрешности в замере. Особо резко они
начинают возрастать при снижении ip до вели-
чин, меньших 5А, когда начинает сказываться
'влияние Мм (IV, 15). Поэтому данные реле мо-
гут применяться только в системах, имеющих
минимальные расчетные токи повреждений
больше 5А.
Принципиальные схемы выполнения ору-
нов выдержки времени при использовании
мгновенных реле сопротивления. Органы вы-
держку времени осуществляются путем соче-
тания рассмотренных выше мгновенных реле
сопротивления и реле времени. При этом полу-
чаются ступенчатые характеристики выдержек
Фиг. IV, 15. Принципиальная схема выпол-
нения органа выдержки времени посред-
ством двух омметров максимального сопро-
тивления с размыкающими контактами.
времени (фиг. IV, 26). Схема выполнения орга-
нов определяется в основном: количеством реле
сопротивления (омметров), примененных для
замера расстояния до места повреждения, видом
контактов реле сопротивления и их типом
(максимального или минимального сопротивле-
ния). На фиг. IV, 14 приведена принципиальная
схема с двумя омметрами минимального сопро-,
тивления (/ и 2) на фазу с замыкающими кон-
тактами. При возникновении повреждения в лю-
бой зоне мгновенно действует пусковой орган 4
(например, реле ма-
ксимального тока),
подавая + на' кон-
такты первого омме-
тра и реле времени 3.
При повреждении в
первой зоне сопро-
тивление на зажи-
мах реле понижает-
ся до величины,
меньшей сопротив-
ления трогания ом-
метров 1 и 2. Они
замыкают свои кон-
такты и первый из
них подает + от ис-
точника оператив-<
ного тока на цепь отключения. При повреж-
дении во второй зоне сопротивление на зажимах
омметров понижается до величины, меньшей
сопротивления трогания второго омметра, но
большей сопротивления трогания первого. По-
этому срабатывает только омметр 2, подавая +
на цепь отключения через верхний контакт
реле времени 3 с выдержкой времени второй
ступени. При повреждении в третьей зоне ом-
метры не действуют. Защита работает с вы-
держкой времени третьей ступени'через ниж-
ний контакт реле времени 3, приводимого в
действие непосредственно пусковым органом 4.
На фиг. IV, 15 приведена схема с двумя ом-
метрами максимального сопротивления (/ и 2),
имеющими размыкающие контакты и реле вре-
мени 3, общим для всех ступеней. При возник-
новении повреждения работает пусковой ор-
ган 4У одним контактом подавая -f- на реле
времени 3, а другим напряжение — на омметры.
При повреждении в первой зоне контакты обоих
омметров остаются замкнутыми. Реле времени 3
через свой верхний контакт, имеющий выдержку
времени 0,1-*-0,15 сек., и замкнутый контакт
первого омметра подает + на цепь отключе-
ния. При повреждении во второй зоне первый
омметр свои контакты размыкает, второй остав-
ляет замкнутыми. Наличие у верхнего контакта
реле времени выдержки времени, несколько
большей, чем время размыкания контактов ом-
метра /, предотвращает при этом возможность
неправильного действия защиты с выдержкой
времени первой зоны. Средний скользящий кон-
такт реле времени с временем второй ступени
через замкнутый контакт омметра 2 подает-f-
на цепь отключения. При повреждении в третьей
зоне оба омметра размыкают свои контакты.
Защита действует с выдержкой времени третьей
ступени непосредственно через нижний контакт
реле времени.
На фиг. IV, 16 приведена схема с одним ом-
метром / минимального сопротивления, имею-
щим замыкающий контакт. Омметр имеет со-
—0В&
На цепь
отключения
На цзпь
отключений
ФигЛУДб. Принципиальная схема выпол-
нения органа выдержки времени посред-
ством одного омметра минимального
сопротивления с замыкающим контактом
противление трогания, соответствующее длине
первой зонй. При возникновении в ней повреж-
дения он и пусковой орган 2 мгновенно замы-
кают контакты, действуя на цепь отключения.
В момент возникновения повреждения во вто-
рой зоне контакты омметра остаются разом-
кнутыми. С выдержкой, большей времени, не-
обходимого для работы омметра в первой зоне,
действует верхний контакт реле времени 3,
подавая + на промежуточное реле 4. Послед-
нее переключает цепь напряжения омметра на
отпайку автотрансформатора напряжения 5,
дающую меньшее напряжение. Эта отпайка
подбирается таким образом, чтобы омметр дей-
ствовал при повреждениях во второй зоне.
Поэтому омметр замыкает свой контакт; + п0*
стоянного тока, подававшийся на него от реле 2,
снимается при этом с помощью реле 4. Замыкает-
ся средний контакт реле времени, имеющий вы-
держку времени второй ступени. Через него
и контакт омметра подается + на цепь отклю-
чения. При повреждении в третьей зоне ом-
метр, несмотря на переключение его цепи на-
пряжения, не действует. Защита работает по-
мимо омметра с выдержкой времени третьей
ступени, даваемой нижним контактом реле вре-
мени.
Принципиально наиболее совершенным и на-
дежным из всех рассмотренных является орган
выдержки времени, выполненный с двумя ом-
метрами, имеющими замыкающие контакты
(фиг, IV, 14). Однако он требует по сравнению
141
с органом фиг. IV, 16 удвоенного количества
омметров, реле достаточно сложных и дорогих,
особенно, если они реактансные. Схемы защиты,
выполненные с такими омметрами, также по-
лучаются весьма громоздкими, требующими
для своего размещения на релейном щите много
места.
Поэтому в настоящее время органы выдержки
времени реактансного типа часто выполняют
с одним омметром на фазу или иногда даже
на все три фазы (см. ниже). Для импедансных
омметров, значительно более простых и деше-
вых, применяются также схемы с двумя ом-
метрами.
Применение омметров с размыкающими кон-
тактами требует в ряде случаев искусственной
задержки в действии первой ступени, для того
тате, например, реле импедансного типа работает прю
сопротивлении на зажимах
#
,у* м4
вапрадлеиив автомати-
ческого перемещения
$шкка реостата
а
Фиг. IV, 17. Принципы построения реле сопротивлений коро
типа, работающих с выдержкой времени, зависящей от
сопротивления на их зажимах.
чтобы при повреждениях во второй зоне ом-
метр первой успевал размыкать свои контакты.
В связи с этим размыкающие контакты приме-
няются только в тех случаях, когда они обес-
печивают значительно меньшие времена дейст-
вия, чем замыкающие контакты, или когда
даже при наличии искусственной задержки, да-
ваемой реле времени, получается выигрыш во
времени действия первой ступени или, наконец,
когда это определяется конструкцией омметра.
6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОРГАНОВ ВЫДЕРЖКИ ВРЕ-
МЕНИ РЕЛЕ, ДЕЙСТВУЮЩИХ С ВРЕМЕНЕМ, СООТ-
ВЕТСТВУЮЩИМ ЗАМЕРЯЕМОМУ СОПРОТИВЛЕНИЮ
Для осуществления реле, действующих с временем,
зависящим от величины сопротивления на их зажимах,
используются два основных принципа. Реле, выполненные
по первому принципу, имеют обычно коромысловую си-
стему, подобную применяемым для мгновенных реле со-
противления (фиг, IV, 8, IV, 10). На одно плечо действует
сила, определяемая током, на другое — определяемая на-
пряжением. Реле мгновенно действует, когда момент,
обусловленный токовой системой, оказывается больше
момента, определяемого системой напряжения. В резуль-
142
В момент повреждения у реле автоматически изме-
няют константы km и kH таким образом, чтобы их отно-
шение увеличивалось со временем, т. е. чтобы возрастало
во времени сопротивление трогания. Таким образом по-
лучают реле, действующие с выдержкой времени, возра-
стающей с увеличением сопротивления на их зажимах»
Реле, осуществленные по второму принципу, имеют под-
вижные элементы, выполненные так, что проходимый ими
путь S и соответствующая ему скорость так зависят от
тока и напряжения, что время действия реле t = —~
оказывается пропорциональным замеряемому сопротив-
лению.
На фиг. IV, 17 условно изображены реле, выполнен-
ные согласно первому принципу. В конструкции фиг. IV,17a
предусматривается уменьшение
козфициента кн, т. е. снижение
момента от системы напряжения.
При нормальной работе к обмот-
ке напряжения подводится полное
напряжение ир и поэтому реле
имеет минимальный импеданс
трогания *p.mmin. Если при по-
вреждении zp оказывается мень-
ше zp. mmin, реле работает мгно-
венно. Если zp>zpmminy начи-
автоматически передвигаться движок
реостата, уменьшая напряжение на обмотке
реле и увеличивая его zp# m# Реле действует
при zp^zp%mm Изменяя закон перемещения
движка реостата во времени, можно получать
различные виды характеристик выдержки
времени t = / (zp).
В конструкции фиг. IV, 176 предусматри-
вается увеличение коэфициеита km. Для
устранения переключений в цепи тока ис-
пользовано механическое устройство. Токовая
нает
ь
мыслового
величины
С бы&до&м.
аз-йк
На втнлючение
Фиг. IV,18. Принцип построения реле сопротивления
типа ИИ-51 ХЭМЗ.
индукционная система с корюткозамкнутым витком, вращая
с момента возникновения повреждения диск, постепенно
натягивает пружину, увеличивая силу притяжения. Чем
выше сопротивление на зажимах реле, тем большее время
растягивается пружина до момента замыкания контактов
реле.
На фиг. IV, 18 дана схема реле, выполненного по вто-
рому из указанных выше принципов. Индукционная си-
стема этого реле подобна рассмотренной выше системе
мгновенного реле импеданса типа ИИ-120ХЭМЗ (фиг. IV,! 1).
При подведении к реле в момент повреждения напряже-
ния ир диск его 4 специальной формы, поворачиваясь по
часовой стрелке на некоторый угол а, устанавливается в
положении равновесия, при котором а 1/ ~^ = гр(1У, 12);
f RH Р
таким образом а оказывается пропорциональным zp. На
диске реле укреплен один из контактов J, проходящий
при угле поворота а путь Sx. Второй контакт 6 приво-
дится в действие часовым механизмом 7, запускаемым в
момент повреждения. Он движется по направлению к кон-
такту 5 с постоянной скоростью vK, Реле действует при
замыкании этих контактов. Для создания у характеристики
выдержки времени реле основного времени tt заставляют
контакт 6 проходить путь, на некоторую величину s0
больший, чем путь s2 контакта 5. В результате реле ра-
ботает с временем
. Для действия реле при больших сопротивлениях с
фиксированным предельным временем tn служит упор 8,
укрепляемый на неподвижной дугообразной шкале Р. Реле
дает наклонную характеристику, подобную изображенной
на фиг. IV, 2а. Разница в основном сводится лишь к тому,
что наклонную часть не удается выполнить точно прямо-
линейной, как у идеального реле. Рассмотренная кон-
струкция легко позволяет получать также комбинирован-
ные характеристики (фиг. IV, 2в). Для этого достаточно на
неподвижной шкале 9 установить дополнительно второй
контакт —упор 10. Место его установки выбирается так,
чтобы подвижной контакт 5 оставался к нему прижатым
как при нормальной работе, так и при повреждениях при-
мерно на 60—80% защищаемой линии. Для того чтобы
контакты 6 и 10 успевали разомкнуться при повреждениях
на смежных участках раньше, чем защита успеет несе-
лективно сработать, -4- постоянного тока подводится к
контакту 10 в момент повреждения с выдержкой времени
порядка 0,3—0,4 сек. Действующие по рассмотренному
принципу реле типа ИИ-50 выпускал ХЭМЗ. Однако слож-
ность и ненадежность конструкции реле приводили к их
недостаточно удовлетворительной работе в условиях экс-
плоатации. Поэтому ХЭМЗ в последнее время снял их
с производства.
7. СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ОММЕТРОВ
Для обеспечения правильной работы ом-
метров необходимо, чтобы фиктивные сопро-
тивления на их зажимах были пропорциональны
Фиг. IV,19. При-
мер возможного
неселективного
действия защиты 2
при повреждении
на смежном участ-
ке.
а—характеристика при
расчетном виде по-
вреждения; б—при дан-
ном виде повреждения.
расстоянию от места установки реле до места
повреждения. Если при этом для защиты от
всех видов повреждений используется общий
омметр, он должен "давать одинаковые замеры
сопротивления вне зависимости от характера
повреждения. Иногда в схеме предусматрива-
ются два омметра: один, действующий при
междуфазовых замыканиях, другой — при замы-
каниях фаз на землю. В этом случае требова-
ние одинакового замера относится к каждому
из них при тех видах повреждений, для защиты
от которых он установлен. При невыполнении
требования одинакового замера надежность
действия защиты понижается, а в некоторых
случаях она может даже работать неселективно.
На фиг. IV, 19 приведена в виде примера сту-
пенчатая характеристика а, зоны действия ко-
торой рассчитаны по трехфазному короткому
замыканию. Если при каком-либо другом виде
повреждения сопротивление на зажимах реле /
при повреждении в начале следующего участка
(точка F) окажется значительно меньшим рас-
четного, реле / подействует с выдержкой пер-
вой зоны (характеристика б), как и реле 2, т. е.
неселективно.
Учитывая изложенное выше, выбирают не-
обходимые сочетания токов и напряжений,
подводимых к омметрам. При этом необходима
отметить, что для действия реле могут исполь-
зоваться только те остаточные напряжения,
величина которых пропорциональна расстоянию
до места повреждения. Тай, например, для пра-
вильного замера расстояния при замыкании ме-
жду фазами В и С возможно использование
только одного остаточного линейного напря-
жения Ubc* Фазные напряжения поврежденных
Фиг. IV, 20. Схема
присоединения ом-
метров на линейные
токи и линейные
напряжения.
фаз Ub и Uc, так же как напряжения между
поврежденными и здоровой фазами Uab ^UcAr
указанному расстоянию не пропорциональны
(см. гл. I). При трехфазных коротких замыка-
ниях пропорциональны расстоянию до места
повреждения как линейные, так и фазные оста-
точные напряжения. При однофазных замыка-
ниях на землю расстоянию до места повреж-
дения пропорционально только одно фазное
напряжение поврежденной фазы.
Из приведенных соображений следует, что
подведение к омметрам защиты от всех видов
повреждений только линейных или только фаз-
ных напряжений не представляется возможным.
Допустимо, однако, использование одинаковых
напряжений при нескольких видах поврежде-
ний, например, линейных при всех замыканиях
между фазами, фазных при однофазных и двух-
143
фазных замыканиях на землю. Это положение
часто и используется при осуществлении схем
присоединения омметров.
Анализ различных схем присоединения при-
водится для импедансных омметров, устанав-
ливаемых в радиальной сети с одной точкой
питания. Токи нагрузки и переходные сопро-
тивления в месте повреждения не учитываются.
Коэфициенты трансформации трансформаторов
тока пт и напряжения пн приняты равными
единице.
Схема присоединения
на линейные токи и
линейные напряжения
(фиг. IV, 20). Сочетание
токов и напряжений на
зажимах реле приведено
в табл. IV, 1.
"При замыкании между тремя фазами в точ-
ке"/7 (фиг. IV,21) на расстоянии /km от места
Фаза
h
Таблица 1V.1
А \ В \ С
и
h
Ic
иР | uAB I uBC \uCA
вию импедансной защиты в целом, как завы-
шенный, привести не может.
Недостатком данной схемы является, как
то следует из сопоставления (IV, 19) и (IV, 21),
неодинаковый замер сопротивлений при замы-
каниях между двумя и тремя фазами. Их от-
2
ношение равно /у = Ы5. Для замеров сопро-
тивлений при замыканиях на землю схема, как
включенная / на линейные напряжения, непри-
годна. Однако, несмотря на отмеченные недо-
статки и также некоторые другие (см. ниже
гл. IV), схема весьма широко применяется. Это
обусловливается в частности тем, что ее ом-
метры конструктивно просто могут переклю-
чаться на фазйые напряжения, что дает воз-
можность использовать их также для защиты
от замыканий на землю.
Схема присоединения на разность линей-
ных токов и линейные напряжения (фиг, IV, 23).
Питание
Цитате
Фиг. 1V,21. Схема линии при замыкании
между тремя фазами.
Фиг. IV,22. Схема линии при
замыкании между двумя фазами.
установки реле (точка G) токи в трех фазах
имеют одинаковую абсолютную величину /.
Остаточные; линейные напряжения, подводимые
к омметрам, если обозначить.импеданс пЪло-
жительной последовательности линии на 1 km
через ги численно равны:
Up=*VZzx*UL (IV, 18)
Ток в токовой обмотке реле //>==/, по-
этому
43)=^=1/3^-/. (IV, 19)
* о
Фиг. IV\23. Схема присоединения
омметров на разность линейных
токов и линейные напряжения.
Сочетание токов и напряжений на зажимах реле
приведено в табл. IV, 2.
Таблица IV,2
Фаза
h
Vp
А
'Ia-1'b
Uab
в j с
Ь-ic
Ubc
>с^/д
UCA
Ip при замыканиях между тремя фазами ра-
При замыкании между^ двумя фазами __ж
(фиг IV, 22) реле в фазе А не действует, так вен /3/. При замыканиях между двумя фаза-
как /л = 0; из двух омметров поврежденных ми В и С к правильно замеряющему сопротив-
фаз В и С правильно работает только омметр
в фазе В, к которому подводится напряжение
петли короткого замыкания. Напряжение и им-
педанс на его зажимах соответственно равны:
£/„ = 2.^././; (IV,20)
42)=2.*r/. (IV, 21)
К омметру отстающей поврежденной фазы С
при том же / подводится Оса, как правило,
большее, чем UBc. Поэтому замер фазы С,
хотя и неправильный, к неселективному дейст-
144
правильно замеряющему сопротив-
ление омметру фазы В подводится /^ = 2/.
Поэтому, принимая во внимание выражения
(IV, 18) и (IV, 20) для напряжений Up> получаем,
что при обоих рассматриваемых видах повреж-
дений
Р о /
ив-ис
iB-h
=0,./. (IV,22)
Для замера сопротивлений при однофазных
замыканиях на землю схема, как использующая
линейные напряжения, непригодна.
При двухфазных замыканиях на землю (фиг. IV, 24)
фазные напряжения поврежденных фаз В и С равны
uB = iB-zL+ iczM; Vc = *c-zL+iB.zM.
Принимая во внимание эти соотношения, а также то,
что ZL — ZM — Zxl, выразим линейное напряжение U вс
следующим образом:
= ('*-'сЦ'. (IV. 23)
(tB-*c)zxl
ZiM) =
UB-Uc
iB~ic
*в-'с
• = Zti.(lV924)
Таким образом при двухфазных коротких замыканиях
на землю схема работает так же, как и при замыканиях
между фазами.
Одинаковый замер сопротивлений при всех
многофазных коротких замыканиях является
Питание
X.
X
■«в,
—i—
—>-
А
В
С
Фиг. IV,24. Схема
линии при двухфаз-
ном ^ замыкании на
землю.
Фиг. IV,25. Схема
присоединения ом-
метров на разность
линейных токов и
линейные напряжения
при наличии у них
двух токовых обмо-
ток.
существенным преимуществом данной схемы
по сравнению с рассмотренным выше включе-
нием реле на линейные токи я линейные напря-
жения. Поэтому она широко применяется в
защитах от многофазных замыканий. Использо-
вание омметров схемы для замера сопротивле-
ний при однофазных замыканиях на землю прак-
тикуется, однако, значительно более сложно,
чем в схеме фиг. IV,20. Это объясняется тем,
что приходится переключать не только цепи
напряжения (на фазные напряжения), но и цепи
тока (для исключения влияния на замер токов
неповрежденных фаз).
В заключение необходимо отметить, что
схема включения токовых цепей омметров на
разность токов двух фаз часто осуществляет-
ся посредством разделения их токовой обмот-
ки на две равные части. Они присоединяются
к трансформаторам тока так, что результирую-
щие ампервитки оказываются пропорциональ-
ными разности соответствующих токов (фиг.
IV, 25). При этом вторичные обмотки трансфор-
маторов тока могут соединяться в схему
(обычно звезду), определяемую работой других
реле защиты.
Схема присоединения на линейные токи
и фазные напряжения (фиг. IV, 26). В данном
случае для обеспечения правильных замеров
необходимо сочетать ток и напряжение одной
и той же фазы согласно табл. IV, 3. Схема ис-
пользуется для замеров сопротивлений при
замыканиях на землю.
Фаза I Л
1,
«. 1
и
иА
Таблица IY.3
в
\ 'в
ив
с
/с
Uc
А в С
Фиг. IV, 26. Схема присоединения омметров на линейные
токи и фазные напряжения*
I
Jl
F
-9-
Питание \
Фиг. IV,27. Схема
линии при одно-
фазном замыкании
на землю.
При однофазных замыканиях на землю ос-
таточные напряжения поврежденной фазы оп-
ределяются падением напряжениям сопротив-
лении петли провод-земля (фиг. IV, 27). Это
сопротивление характеризуется импедансом на
1 km Zl . Напряжение, подводимое к реле при
однофазном коротком замыкании в точке F,
up^lzLi.
Импеданс на зажимах реле <
2£>-
и„
ZL l
(IV, 25)
Для анализа работы омметров при однофаз-
ных замыканиях на землю в более сложных
10 Релебнаа защита
145
случаях, например, при наличии в системе за-
земленных нулевых точек с обеих сторон за-
щищаемой линии, целесообразно выразить Z^
через симметричные составляющие Zl9 Z«, Z0
сопротивления линии и /n /2, h тока повреж-
дения. Напряжение поврежденной фазы (нап-
ример, А), если к ней отнесены симметричные
составляющие:
U А =>! ZJ + /2Z2/ +W- (IV, 26).
Принимая во внимание, что 1а — Л + Л* Нт
-|-/0=:/Р)а сопротивления , в положительной
ПС'
Фиг. IV, 28. Схема присоединения омметров на
линейные токи и линейные напряжения с пере-
ключением на фазные напряжения при замыканиях
на землю. :
и
л
А
В
С
Фиг. IV, 29. Схема линии,
имеющей заземленные
нулевые точки системы
с обеих сторон, при одно-
фазном замыкании на
землю.
и отрицательной последовательностях для
линии равны (Zi=Z2), получим
Uа -Ш + Кг^+ГоЫ+КЫ--
- hZxl = IAZxl+ IQl (Z0 - Zx), (IV, 27)
a
Zp=~T= Zi*+T~ (Zo-Z*) /• (IV, 28)
!P 'A
0§ для воздушных линий без тросов составляет
в среднем ~3,5s1; соответствующий zL ^ 1,83 0t.
В рассматриваемом частном случае /0 = -i-/A.
Поэтому по (IV, 25) и (IV, 28) гр—1,83 гг1.
Из сопоставления последней величины с заме-
рами сопротивлений, производимыми схемой
включения на линейные токи и линейные нап-
146
ряжения при замыканиях между тремяи двумя
фазами (фиг. IV, 20), следует, что Zp]: Zp]: zf—
= 1,73:1,83:2. Таким образом замеры сопро-
тивлений схемами фиг. IV, 20 и IV, 2'д при рас»
сматриваемых видах повреждений являются
примерно одинаковыми и, следовательно, эти
схемы могут быть объединены (фиг. IV, 28).
Нормально омметры / включены на линейные
напряжения. При возникновении замыкания на
землю при достаточной величине тока нулевой
последовательности работает реле максималь-
ного тока 2, включенное в нулевой провод
звезды трансформаторов тока. Оно действует
—»Д Ш1 Л W ,*с ТГТГ
"к
■fWj
*
±=ы
\\/а+К
-аб?
К&**ь
to
vfc+*4*
Фиг. IV, 30. Схема с токовой компенсацией.
на промежуточное реле 3, переключающее
омметры на фазные напряжения.
Необходимо, однако, отметить, что при двухфазных
замыканиях на землю в системе с наглухо заземленной
нулевой точкой (фиг. IV, 24) замеры сопротивлений могут
значительно отклоняться от приведенных выше. Напряже-
ние, подводимое к омметру фазы В при коротком замы-
кании фаз В и С, равно
Z I.
{IV, 29)
(IV, 30)
Таким образом отклонение в замере по сравнению
со случаем однофазного короткого замыкания (IV, 25),
обусловливается тем, что остаточное напряжение С/в опре-
деляется не только падением напряжения от /в, но также
и от 1с за счет взаимоиндукции.
Для рассматриваемого случая остаточные напряжения
и Zp с помощью симметричных составляющих выражают*
ся, как и для однофазного короткого замыкания, по фор-
мулам (IV, 27) и (IV, 28). Взамен тока 1а в них должен
быть вставлен ток поврежденной фазы. В рассматрива-
емом случае Z^,Vi может получиться значительно пре-
уменьшенным и, если этого не учесть, защита может
работать неселективно при повреждениях на соседнем
участке.
Схема применяется в защитах радиальных
линий, имеющих одностороннее питание. Ее
преимущество — относительная простота, осо-
бенно при объединении со схемой фиг. IV, 20
от междуфазных замыканий. Схема правильно
действует также при трехфазных замыканиях.
Однако для этого вида повреждений она не ис-
пользуется, так как дает замер сопротивления
Zp=Z^l, отличный от замыканий между двумя
фазами. При наличии в системе заземленных
нулевых точек с обеих сторон защищаемой
линии схема становится также^мало пригодной
и для защит от замыканий на землю.
Работа схемы с включением на линейные токи
и фазные напряжения при однофазных замыканиях
на землю, при наличии в системе заземленных нуле-
вых точек с обеих сторон защищаемой линии (фиг.
IV, 29). Анализ получающихся замеров сопротивлений
можно производить, пользуясь выражением (IV, 28), при-
менимым и к данному случаю. Из его рассмотрения сле-
дует, что величина сопротивления на зажимах реле зави-
Так, например, при ^0=3,5^ и
нулевая точка системы заземлена
сит от отношения -2.
г '. ''
jr = 0 (фиг. I, 9;
только со стороны приемной понизительной подстанции;
защита установлена со стороны питающей подстанции)
zp—zvl; при-ттг- = 1 (то же, но защита установлена со
стороны приемной подстанции) zp = Sf5Zi^L Таким обра-
зом zp колеблется при изменениях режима заземления
нулевых-точек в три с половиной раза. Защита, настро-
енная по какому-то среднему режиму, может при этом
действовать неселективно. Случаи, близкие к рассмотрен-
ным предельным, на практике встречаются относительно
редко. Однако колебания в замерах сопротивлений при
практически встречающихся соотношениях могут быть
весьма значительны. Поэтому применять эту схему для
сетей рассматриваемого типа не рекомендуется.
Физически колебания в замерах сопротивлений объ-
ясняются следующим. Остаточное напряжение повреж-
денной фазы А оказывается зависящим не только от /д,
но также за счет взаимоиндукции от 1В и /с в здоровых
фазах. При установке защиты на питающей подстанции
токи в здоровых фазах, имеющие направление, противо-
положное /д, дают в фазе А за счет взаимоиндукции
отрицательное падение напряжения; zp понижается по
сравнению со случаем заземления только .с питающей
стороны. При установке защиты на приемной подстанции
токи в здоровых фазах имеют одинаковое направление
с током в поврежденной. Падение напряжения от взаимо-
индукции оказывается положительным, гр возрастает.
Схема с токовой компенсацией (фиг. IV,30),
Рассмотрение схемы включения омметров на
линейные токи и фазные напряжения показало,
что при однофазных и двухфазных замыканиях
на землю она дает замеры, зависящие от от-
ношения токов -—■ в месте установки защиты.
При отсутствии токов нулевой последователь-
ности, при любом токораспределении в фазах
остаточные напряжения пропорциональны про-
изведению тока повреждения на импеданс по-
ложительной последовательности линии. Таким
образом искажения в замерах определяются не
просто взаимоиндукцией, а взаимоиндукцией,
вызванной токами нулевой последовательности.
Эту взаимоиндукцию возможно компенсировать.
10*
Для этого тОк в токовой обмотке омметра ис-
кусственно следует увеличить в соответствии
с увеличением остаточного напряжения за счет
взаимоиндукции от /0.
Сочетание токов и напряжений, подводи-
мых к зажимам реле, приведено в табл. IV, 4.
Таблица IV, 4
Фаза
h
и.р
-
JA + kl0
UA
* 1
I в + *'о
UB
с
Ic + kl0
Uc
Фиг. IV, 31. Схема с токовой компенсацией для омметров,
имеющих по две токовых обмотки.
Входящий в выражение 1Р коэфициент k оп-
ределяется ниже.
Принимая во внимание выражение (IV, 28)
и вынося в нем за скобки множитель Z^/, по-
лучим для фазы А:
0р z%.i(,A+-bszl%)
Zp ' г— = —
IA+ki0
Таким образом для получения замера, за-
висящего только от расстояния /до места пов-
реждения, следует выбрать
* = -^-. (IV, 31)
Тогда сопротивления на зажимах реле как
при однофазных, так и при двухфазных замы-
каниях будут:
Z^1) = Z^,)=Z1/. (IV, 32)
Сопротивления Z0 и Z3 имеют в общем слу-
чае неодинаковые импедансные углы. Поэтому
k представляет* собой комплексную величину.
Это означает, что к токовой обмотке омметра
для осуществления полной компенсации сле-
довало бы подводить ток, сдвинутый по от-
ношению к /0 на некоторый угол. Осуществить
это практически затруднительно. Поэтому обыч-
но пренебрегают сдвигом между z0 и z1 и вы-
бирают k равным
Zq — Zx
или
х0 — хх
. Этому слу-
*1 *1
чаю соответствует и схема фиг. IV, 30. Коэфи-
147
циент трансформации пт промежуточных транс-
форматоров тока равен:
з/0 _ з _ з zx
Пт =
kh
zx
(IV, 33)
Для воздушных линий без тросов Z0 ^ 3,5 Zv
Поэтому для них пт =гг 1,2; трансформатор то-
ка является понижающим и к реле подводится
дополнительный ток, несколько меньший 3/0 в
нулевом проводе схемы.
При выполнении схем с токовой компенса-
цией (фиг. IV, 31) дополнительный ток подает-
ся обычно через общий автотрансформатор то-
ждений используются только три омметра /. Сочетание
токов и напряжений на их зажимах производится при
междуфазных замыканиях согласно табл. IV, 2 и при замы-
каниях на землю, сопровождающихся соответствующими
токами нулевой последовательности, по табл. IV, 4.
При нормальной работе и замыканиях между фазами
вспомогательные трансформаторы тока 2 соединены в
треугольник, а токовые обмотки омметров, — в звезду.
К обмоткам напряжения подводятся линейные напряже-
ния. Омметр, например, фазы В, при замыкании между
фазами ВС замеряет
Uв-Uс 7
I. При одно-
фазных и двухфазных замыканиях на землю срабатывает
реле максимального тока? 3, включенное на ток 3/0. По-
средством специального промежуточного реле 4 оно пе-
Фиг. IV,32. Схема присоединения .на разность линейных токов и Фиг, IV,33. Схема присоединения обмоток
линейные напряжения при замыканиях между фазами и с токовой тока и напряжения омметров в звезду,
компенсацией при замыканиях на землю.
ка 2 на специально выделенные для этого час-
ти токовых обмоток, соединяемые у омметров
/ трех фаз последовательно. По другим час-
тям обмоток протекают линейные токи. Ре-
зультирующие ампервитки двух разделенных
частей токовой обмотки реле каждой фазы
пропорциональны при этом требуемой величе-
не i-\-ki0.
Схема с токовой компенсацией является в
настоящее время наилучшей для замеров со-
противлений при замыканиях на землю. Поэто-
му она преимущественно и применяется за
исключением случаев защиты радиальных ли-
ний с односторонним питанием. На последних
в некоторых случаях представляется возмож-
ным устанавливать более простую схему по
фиг. IV, 26.
Схема присоединения на разность линейных то-х
ков и линейные напряжения при замыканиях между
фазами и с токовой компенсацией при замыканиях
на землю (фиг. IV, 32).
Омметры являются наиболее сложными и дорогими
элементами схем дистанционных защит. Поэтому при
выполнении схем стремятся обеспечить правильный замер
сопротивлений при всех видах повреждений посредством
минимального количества органов выдержки времени.
В рассматриваемой схеме защиты от всех видов повре-
реключает вторичные обмогки трансформаторов тока с
треугольника на звезду. При этом основные токовые об-
мотки омметров включаются на линейный ток. Одновре-
менно к дополнительным токовым обмоткам омметров,
включенным последовательно, подводится через автотранс-
форматор 5 ток k* /0. Для предотвращения разрыва
вторичных обмоток трансформаторов тока в момент ко-
роткого замыкания контакты реле 4 выполняются так, что
в первую очередь производят замыкание цепей, созда-
ющих звезду. Только после этого они разрывают цепь
треугольника. Одновременно с реле 4 приводится в дей-
ствие промежуточное реле 6, переключающее обмотки
напряжения с линейных напряжений на фазные. В этом
случае (например, при замыкании на землю фазы А) ее
омметр, как и при междуфазных замыканиях, замеряет
UA
сопротивление zp = ——~—=Zyl.
Таким образом схема обеспечивает одинаковый замер
сопротивлений при всех основных видах повреждений в
сетях с наглухо заземленной нулевой точкой. Она объе-
диняет свойства наилучших схем защиты от замыканий
между фазами 'фиг. IV, 23) и замыканий на землю (фиг.
IV, 30). Основной ее недостаток — наличие в момент
возникновения повреждения переключений в цепях тока,
который может при этом достигать величин порядка мно-
гих десятков ампер. Необходимо, однако, указать, что за-
дачу создания для этой цели достаточно надежных перек-
лючающих реле в настоящее время можно считать разре-
шенной.
Несмотря на это, схема до настоящего времени не по-
лучила большого распространения. Объясняется это в част-
148
ности тем, что при переходе на схемы с переключением
токовых цепей стремятся осуществить односистемные схе-
мы, в которых замер сопротивлений при всех видах пов-
реждений производится одним омметром (фиг. IV, 35). Од-
нако, принимая во внимание сложность последних, сле-
дует считать рассмотренную схему для реактансных за-
щит сетей 11(3 kV и выше с уменьшенным количеством
сложных реле одной из наилучших.
Схема соединения в звезду обмоток тока и на-
пряжения (фиг. IV, S3). Особенностью данной схемы являет-
ся присоединение обмоток напряжения. Оно автоматиче-
ски изменяется в зависимости от числа сработавших пус-
ковых органов. При действии одного фазного пускового
органа напряжение к омметрам не подводится. При дей-
ствии двух, например, В и С, к омметрам В и С подво-
дится половина линейного напряжения (0,5 UBq)9 так как
они оказываются включенными последовательно на на-
пряжение £/дС. При действии трех —ко всем омметрам
А В С
Фиг. IV, 34. Двухфазная схема присоединения на линейные
токи и линейные напряжения.
подводятся фазные напряжения (напряжения фаз относи-
тельно нулевой точки системы). При одновременной ра-
боте фазных и нулевого, реагирующего на ток З/о, пус-
ковых органов к омметрам подводятся фазные напряже-
ния (по отношению к земле).
Сопротивления, замеряемые реле, имеют следующие
значения: при замыканиях, между тремя фазами
V;
zp U U
при замыканиях между двумя фазами
,9> ЬЬфв-Ус) ^£(UB-UC)^Otb.tiBzvl
р /в 1с 'в
при однофазном замыкании на землю
41Ь
^ = 4^1=^.^1,83^.
Для получения одинакового замера при всех видах
повреждений в схему вводится токовая компенсация (на
фиг. IV, 33 не показана). Достоинством получающейся
при этом схемы является одинаковый замер сопротивле-
ния при всех видах повреждений только тремя омметрами
без переключений в токовых цепях, как в схема фиг. IV, 32.
Одним из основных недостатков схемы является то,
что она требует применения пусковых органов, которые
при замыканиях между двумя фазами надежно действуют
в обеих фазах. При работе только одного фазного пус-
кового органа схема действует неправильно. В этом слу-
чае напряжение к омметру не подводится и поэтому он
вне зависимости от дистанции / замеряет сопротивление
zp=0. В связи с этим для схемы без дополнительных ее
усложнений нельзя, например, использовать пусковые
реле минимального импеданса (см. гл. IV, § 13), так как
при замыкании (в частности между фазами В и С) надежно
будет действовать только один орган, включенный на
сильно понижающееся остаточное напряжение UBC петли
короткого замыкания.
Допустимым является пусковой орган максимального
тока, так как в обеих поврежденных фазах токи корот-
кого замыкания одинаковы по величине. Однако и при
нем защита может неправильно подействовать, например,
при замыкании между двумя фазами за трансформатором,
имеющим соединение обмоток звезда-треугольник. В дан-
ном случае в одной из фаз линии ток 2 / в два раза
больше, чем в других фазах. Поэтому при соответствую-
щем удалении точки короткого замыкания может сработать
только один пусковой орган, питаемый током U. Для
предотвращения в подобных случаях неправильного дей-
ствия защиты осуществляются специальные блокировки,
разрешающие ей действовать только при работе минимум
двух пусковых органов. В связи с изложенным, а также
Фиг. IV, 35. Односистемная двухфазная схема присоеди-
нения на разность линейных токов и линейные напряжения.
с рассмотренными ниже некоторыми другими недостатками
данная схема, несмотря на ряд достоинств, распростра-
нения не получила.
Двухфазная схема присоединения на линей-
ные токи и линейные напряжения (фиг. IV, 34)
[Л. 1]. В данной схеме число органов выдержки
времени равно .двум. Токовые обмотки оммет-
ров включены на линейные токи 1А и /с. К ом-
метру фазы Л при работе ее пускового органа
всегда подводится напряжение UAB. Если бы к
омметру фазы С подводить соответственно всег-
да напряжение UCA% то схема работала бы непра-
вильно при замыкании между фазами В и С, так
как к реле не подводилось бы напряжение петли
короткого замыкания. Для обеспечения правиль-
ного действия схемы при всех замыканиях
между двумя фазами к омметру фазы С, пока
не сработал пусковой орган фазы Л, подводится
напряжение UBC, а после этого—напряжение
UCA. При трехфазных коротких замыканиях
действуют омметры фаз Л и С; при двухфазных
коротких замыканиях фаз Л и В омметр Л;
при коротких замыканиях фаз В и С или С и
Л омметр С. Замеры, даваемые данной схемой,
как и. подобной ей схемой фиг. IV, 20, состав-
ляют соответственно 1,73 zxl и 2zxL Схема
как двухфазная может использоваться для
линий в системах с малыми токами однофазных
замыканий. Ее преимущество по сравнению со
149
схемой фиг. IV, 20 — меньшее количество пот-
ребного релейного оборудования и обеспече-
ние отключения при двойных замыканиях на
землю в значительном числе случаев (~67%)
только одного места повреждения. Недостаток
схемы —возможность неправильного действия
при коротких замыканиях фаз В и С в случае
срабатывания пускового органа фазы Л (напри-
мер, за счет большого тока здоровой фазы при
двойном замыкании на землю, см. гл. I, §8).
В последнее время схема начинает получать
широкое распространение для защиты сетей с
малыми токами замыкания вместо схемы фиг.
IV,20.
Однорелейная (односистемная) двухфазная
схема присоединения на разность линейных
токов и линейные напряжения (фиг. IV,35). В
данной схеме число органов выдержки времени
сведено до одного. К токовой обмотке омметра
при всех видах повреждений подводится 1Р —
=1а — /с. Для обеспечения правильного замера
сопротивления к реле подводится через кон-
такты пусковых органов напряжение, равное л
или пропорциональное остаточному напряже- '
нию между поврежденными фазами.
При замыкании между тремя фазами сраба-
тывают оба пусковых органа 2 и 3 и подводят
к зажимам реле полное остаточное напряже-
ние UAc- Импеданс на зажимах реле
zp -
• • — ,/y j 0X /. При замыкании
между двумя фазами Л и С к реле подводятся те
же токи и напряжения, г),
,(2)_ 21А'*1 I
21л
zx L
-=0i/.
При замыканиях между фазами А-В или В-С к
токовой обмотке реле подводятся токи /д или
/с только одной поврежденной фазы. Для по-
лучения в этом случае замера, одинакового с
предыдущими, к реле подводится половина
остаточного напряжения. Вторая половина те-
ряется в добавочном сопротивлении 4. Тогда,
например,
JA JA
Таким образом обеспечивается одинаковый
замер сопротивлений при всех видах замыканий
между фазами. При однофазном коротком за-
мыкании на фазе В, не имеющей трансформа-
тора тока, защита не действует. При замыка-
ниях на землю на других фазах правильный
замер может быть обеспечен только при усло-
вии подведения к реле напряжений, пропор-
циональных фазным.
Для правильного действия схемы необходи-
ма надежная работа обоих пусковых, органов
схемы, при замыканиях между тремя фазами и
150
теми двумя, на которых установлены транс-
форматоры тока защиты. При отказе в рас-
сматриваемых случаях одного из пусковых
органов к омметру подводятся неправильные
напряжения. Поэтому схема осуществляется с
токовыми пусковыми органами.
Необходимо, однако, отметить, что при за-
мыканиях между двумя фазами на стороне
вторичного напряжения силовых трансформа-
торов подстанций с первичной стороны распре-
деление токов повреждения таково, что в од-
ной из фаз он в два раза больше, чем в двух
других. В этом случае может сработать только
один пусковой орган, обусловливая возмож-
ность преуменьшенного замера (см. гл. XI, §5).
Это необходимо учитывать при выборе харак-
теристик защиты.
А ,АА-
ЗП-2
■о—Jo-
ЭП-1
-о—Jo—
в,
br*"*-
1£э^ь-
ЭП-2
-о—Jo—
ЗП-1
•о—¥>—ф
ЗП-2
-о—)о-
ЭП-1
-о—-fr>
■Vi
зп-з Л
-о—Jo—о—/у>,
1
1—VW
Фиг. IV, 36, Односистемная трехфазная схема, действующая
при всех видах повреждений.
При двойных замыканиях на землю распре-
деление токов повреждения в фазах, например,
в сетях с несколькими источниками питания
(фиг. 1,20) может быть таково, что разность
токов, подаваемая на токовую обмотку оммет-
ра, окажется близкой к нулю и защита подей-
ствует неправильно. .
Рассмотренная схема ввиду своей относи-
тельной простоты и дешевизны находит до-
статочно широкое применение для защит от
замыканий между фазами радиальных линий с
односторонним питанием и для специальных
'защит шин (см. гл. XII).
Односистемная трехфазная схема включения, реа-
гирующая на все виды повреждений (фиг. IV,36). В
данной схеме имеется только один омметр, который с
помощью специальных переключений в цепях тока и нап-
ряжения^ включается при междуфазных замыканиях по
лучшей схеме — на разность линейных токов поврежден-
ных фаз и остаточное линейное напряжение петли корот-
кого замыкания, при замыканиях на землю — по схеме
с токовой компенсацией.
В схеме применен омметр с разделенной на две части
токовой обмоткой и специальный способ включения це-
пей тока и напряжения, дающий минимальное количес^
переключающих контактов и реле по сравнению с дру-
гими подобными же существующими односистемными
схемами [Л. 2]. На фиг. IV,36, изображена развертка токо-
вых цепей этой схемы в части включения обмоток омметра.
При нормальной работе токовые обмотки омметра
реле типа ИР питаются токами фаз А и В, так что
результирующие ампервитки пропорциональны /д— /д.
При замыканиях между фазами А и В, а также между
тремя фазами цепи тока остаются без изменения. При
замыканиях между фазами В и С пусковыми органами
запускается промежуточное реле ЭП-1, переключающее
обмотки омметра на /#— /<> При замыканиях между фа-
зами С и А пусковыми органами запускается промежу-
точное реле ЭП-2, переключающее омметр на/с—/д. ПРИ
замыканиях на землю пусковое реле тока, включенное
на фильтр токов нулевой последовательности, запуска-
ет промежуточное реле ЭП-Э, которое совместно с ре-
ле / и 2 включает омметр на ток поврежденной фазы
+ ток &! 3 /0.
Одновременно с переключением токовых цепей проис-
ходит переключение цепей напряжения, обеспечивающее
при всех видах короткого замыкания замер, примерно
пропорциональный сопротивлению положительной пос-
ледовательности.
Питание
MN
альной сети с односторонним питанием. Токи на-
грузки и переходные сопротивления в месте по-
вреждения не учитываются. Сопротивления там,
где это облегчает рассмотрение качественной
стороны явлений, считаются чисто реактивными.
Сочетание токов и напряжений на зажи-
мах омметров на участке MN с /0 ф О (фиг.
IV, 37). Для получения правильного замера на
зажимах реле /, установленного- между точ-
ками повреждения М и N, необходимо ис-
пользовать фазное напряжение поврежденной
фазы В. Его величина, определяемая сопротив-
лением петли провод-земля, пропорциональна
дистанции /и равна UB=*h-ZL- l Напряжение
Ubc между поврежденными фазами на участке
не пропорционально расстоянии* / и для
замеров использовано быть не может. Это
объясняется тем, что напряжение фазы С
вправо от точки N металлического замыка-
ния на землю вследствие взаимоиндукции
между фазами В и Сне остается равным ну-
лю. Его величина для места установки защи-
ты 1 Uc=—fB-Z„-l'. Поэтому Ubc—Ub —
— Uc=Ib{Zl-1+Zm. 1% или, пренебрегая
активными слагающими сопротивлений,
Ubc ** h {xL-l + xM-t). Таким образом ве-
личина остаточного ZBc зависит также от
расстояния V до точки замыкания N, кото-
рое в общем случае может бытв весьма ве-
лико.
На основании изложенного для участ-
ка MN необходимо сочетать фазные напря-
жения с линейным током, например, по
схеме фиг. IV,26 или по схеме с токовой ком-
пенсацией (фиг. IV,31). Соответствующие
замеры будут равны:
и
Фиг. 1V,37. Схема линии при двойном замыкании на землю
и изменение остаточных напряжений по ее длине.
Развертка цепей тока омметра показывает уже боль-
шую сложность рассматриваемой схемы. Полная же схе-
ма со всеми реле в токовой цепи, цепями напряжения и
постоянного тока оказывается весьма сложной и недоста-
точно надежной» Поэтому такие схемы, предлагаемые для
более дорогих реактансных защит, несмотря на даваемую
ими большую экономию в релейном оборудовании омме-
тра, внедряются в эксплоатацию медленно.
8. ЗАМЕР СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРИ ДВОЙНЫХ ЗАМЫ-
КАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
В соотношениях токов и напряжений при
двойных замыканиях на землю имеется ряд
своеобразных особенностей, Эти особенности
обусловливают специальные требования к схе-
мам присоединения омметров для обеспечения
правильного замера сопротивлений. Приводимый
ниже анализ работы различных схем включения
ашпедансных омметров дан в основном для ради-
ол = ■
1в
/В +klG\
Сочетание токов и напряжений на участке
с /0 = 0 (фиг, IV, 37, влево от точки N)< Для по-
лучения на зажимах реле 2 правильного замера
в общем случае допустимо использование как
фазных напряжений поврежденных фаз, так и
линейного напряжения между ними.
Учитывая, что на участке с /0 = 0 падение напряже-
ния определяется сопротивлением прямой последователь-
ности 21э получим
UВс -/* '(ZLl + ZLdf + 2Z1.l"). (IV.34)
Принимая Z^ = l,83 Zb получаем
UBc = 4-^i P.83(/ + /') + 2 /"].
Таким образом UВс на участке с/0=0 изме-
няется примерно так же, как Ов на участке MN.
Поэтому при использовании схемы фиг. IV, 28 реле /,
установленное на более удаленном участке, всегда будет
работать ранее реле 2 без применения специальных бло-
кировок, обеспечивающих отключение одного места пов-
151
реждения (гл. Ill, §29). Такое действие защиты является
желательным, так как после отключения повреждения в
точке М замыкание в точке N может быть, например, по-
гашено дугогасящим устройством. Применение дл*г участ-
ков /о — 0 линейных напряжений в схемах, дающих замер,
равный сопротивлению положительной последовательности
(фиг. IV, 23), по тем же соображениям допустимо только
при применении схем с токовой компенсацией, дающих
на участке с I фО замер, также равный сопротивлению
положительной последовательности линии.
Напряжение фазы В в месте установки защиты 2
UB = IB(ZL*i + ZL-r + Zt •/")•
(IV, 35)
Сопротивление ZLi как правило, значительно больше
Zj. Поэтому относительный прирост напряжения 1)в на
участке с /0 = 0 оказывается меньше, чем на участке
MN с 1^ф0 и напряжение Us становится непропорцио-
нальным дистанции. При применении сочетания линейных
токов и фазных напряжений это приводит к возможности
неправильного действия реле 2. Импеданс на зажимах
реле 2 в фазе С при указанной cxeмe^
ZpC
^Uc_ /с -ZXV
/с
: ZX Г.
Литанией
т
•4
В
.С
Тип пускового органа для переключения напря-
жений с линейных на фазные при двойных замыка-
ниях на землю. Для переключений используются реле
тока, реагирующие на ток нулевой последовательности
/0, или реле напряжения, реагирующие на напряжение
нулевой последовательности U0. К применению рекомен-
дуется реле тока, переключающее напряжения на фазные
только на участках с /оф'О. Как было показано выше»
при схемах без токовой компенсации это обеспечивает
более правильное действие защиты. Схема с реле напря-
жения при возникновении двойного замыкания на землю
практически переключает все защиты сети на фазные
напряжения. Она не рекомендуется к применению и для
защит с токовой компенсацией, так как имеет следую-
щий недостаток. При возникновении на линии однофаз-
ного замыкания на землю реле напряжения переключает
защиты на фазные напряжения. Однофазные замыкания,
например, в компенсированной сети обычно автоматически
не отключаются. Если при их наличии произойдет в точке
Р междуфазное короткое замыкание (фиг. IV, 38), защита,
установленная у места замыкания на землю в точке Р,
имеющая на зажимах фазное напряжение Up = 0, подей-
ствует неселективно.
9. ЗАМЕР СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕАКТАНСНЫМИ
ОММЕТРАМИ
Реактансные омметры реагируют на
фиктивный реактанс, равный отношению
реактивной слагающей
Фиг. IV,38. Пример неправильного действия
дистанционной защиты, переключаемой на
фазные напряжения посредством реле на-
пряжения, реагирующего на U0.
Расстояние V всегда может оказаться зна-
чительно меньше /. В этом случае защита 2
в фазе С подействует ранее, чем защита /.
Таким образом использование фазных напря-
жений на участке с /q=0 является в сети
данной конфигурации нецелесообразным.
В сетях более сложной конфигурации для
обеспечения отключения только одного места
повреждения иногда применяются специаль-
ные блокировки, использующие замер напра-
вления мощности нулевой последовательности
(см. гл. III, § 29). При них обычно отключается участок
с опережающей поврежденной фазой. Таковым может
оказаться и линия с повреждением в точке N (при рас-
положении, например, точки М на фазе А). Однако и в
этом случае сочетание фазных токов и напряжений
на участке с /0 = О недопустимо, так как, наоборот, при
повреждении в точке М опережающей фазы желательно
и возможно (по условиям блокировки) отключать защи-
той 1 только один более удаленный участок.
При применении схем с токовой компенсацией и
указанных блокировок допустимо и на участках с /о=0
использовать фазные напряжения.
Для сетей более сложной конфигурации, чем рас-
смотренная (сети с двухсторонним питанием, кольцован-
ные и т. д.), необходимо также иметь в виду следующее.
На участках с током /офО правильный замер обеспе-
чивает только схема с токовой компенсацией, которая
и рекомендуется к применению. Особенно неточные за-
меры может при этом давать схема с включением
метров на разность линейных токов. Объясняется
тем, что разность токов поврежденных фаз даже при
их больших абсолютных значениях может быть близка к
нулю (см., например, фиг. 1,20).
152
напряжения Up на их
зажимах к току ipt
тающему
мотку
пи-
об-
— zt
sincpp
угле Чр
токовую
V=/7slnv
При заданных Upi
между ними хр
может быть определен анали-
тически или графически.
Аналитическое определение хр.
Обозначая через а и р углы поворота
векторов Up
U0n
Фиг. IV,39. Определение реак-
танса на зажимах омметра.
1р относительно
оси
значений, получим
Ър~ир.е'а и /Р =*/,«'* (Фиг. IV,
39), где £ —основание натуральных
логарифмов. Отношение вектора
напряжения к току
Разность углов а — р = ур.
Поэтому йе
= zP'eh
ом-
это
=2p«cos Vp+jzp'$in<pp. Величина zp-s\n<?p представляет
реактанс хр. Таким образом хр численно равен мнимой
части выраженного в комплексной форме отношения под-
водимого к реле напряжения к току.
Графическое определение хр. Для графиче-
ского определения хр проводится ось реактан-
сов— прямая, перпендикулярная к вектору 1Р
(фиг. IV, 39). Положительное направление оси
опережает ток на 90°. zp, пропорциональный
напряжению Up, изображается в другом мас-
штабе общим с ним вектором. Проекция векто-
ра 2Р на ось реактансов, равная s^sincp^, дает
хр. В зависимости от знака проекции хр может
быть положительным (0°<^< 180°) или отри-
дательным (180°<<<рр<360о). При направлении
вектора /р по оси действительных значений
(Р = 0) ось реактансов совпадает с осью мнимых
величин.
При подведении к реактансным омметрам
в случае металлических коротких замыканий
остаточных напряжений, определяемых 1Р и
сдвинутых по отношению к последнему на угол
9р, равный углу петли короткого замыкания ук,
обеспечивается замер сопротивлений, пропор-
циональных только реактивному сопротивлению
участка линии от места установки защиты до
места повреждения. При подведении остаточных
напряжений, пропорциональных /р, но сдвинутых
по отношению к нему на угол, отличный от
угла <р*, получаются замеры, зависящие от ве-
личины активной слагающей удельного сопро-
тивления линии Rv Это положение рассмотрено
ниже на примере включения реактансных оммет-
ров на линейные токи и напряжения (фиг. IV, 20).
тивления 2zt-l на ось мнимых величин. Eh?
величина Xp)=2-z1-l-s\n(fK = 2x1-L Таким обра-
зом замер пропорционален реактивному сопро-
тивлению линии. При замыкании между тремя
фазами к омметру, например, фазы А подво-
дится 1а и Uab ~V 3/а-^!-/, сдвинутое по от-
ношению к 1а на угол <?р = <р*+ 30° (фш\ IV, 41)1
хр равен проекции сопротивления j/ 3 0,-/ на*
ось мнимых величин:
*р<з> = у з zx I sin fa* + 30°)«
= l95xJ+lQL-Ri.L
cos
?*) =
(IV,40>
Из (IV, 40) следует, что хр в рассматриваемой
схеме, при трехфазном коротком замыкании.»
зависит от активного сопротивления линии
^ав^УЗ^Л
2Rhl
Фиг. IV,40. Графическое определение
реактанса на зажимах омметра, вклю-
ченного на линейный ток и линейное
напряжение, при замыкании между
двумя фазами.
fft./
Фиг. IV,4J. Графическое определение-
реактанса на зажимах омметра, вклю-
ченного на линейный ток и линейное
напряжение, при замыкании между
тремя фазами.
2RVL+Rn
Фиг. IV, 42. Графическое определение
реактанса на зажимах омметра, вклю-
ченного на линейный ток и линейное
напряжение, при замыкании между
двумя фазами через активное пере-
ходное сопротивление.
Яшание
~~/е 4.
— 1л
-£
-/;
Фиг. IV, 43. Схема линии при замыкании между двумя
фазами через активное переходное сопротивление.} „
При анализе приняты те же допущения, что и
для импедансных омметров.
При замыкании между двумя фазами В и С
к омметру фазы В подводится Ubcsss2Ib-z1'1
и /в. Угол между ними %, = (?к. При направле-
нии вектора h по оси действительных значений
(фиг. IV, 40) хр определится проекцией сопро-
/?!-/. В зависимости от величины Rx он может
быть больше или меньше замера при двухфаз-
ном коротком замыкании. В более совершенных
схемах включения омметров, например, на раз-
ность линейных токов и линейные напряжения
(фиг. IV, 23) угол между током и напряжением,
приводимыми к реле при всех междуфазиых
коротких замыканиях, равен <р*. Такие схемы при
соответствующих видах короткого замыкания
дают замер, пропорциональный только реак-
тивному сопротивлению линии хг.
Преимуществом реактансных омметров по
сравнению с импедансными является то, что
их замеры в меньшей мере, чем у импеданс-
ных, зависят от переходных активных сопро-
тивлений в месте повреждения. Так, например,,
в радиальной сети с односторонним питанием
при отсутствии токов нагрузки на замеры боль-
шинства схем симметричные переходные сопро-
15а
тивления совершенно не влияют. На фиг. IV, 42
приведена векторная диаграмма токов и напря-
жений на зажимах реле фазы В, включенного
на линейный ток и линейное напряжение, при
замыкании между фазами В и С через Rn
(фиг. IV, 43). Слагающая остаточного напряже-
ния Uвс, обусловленная Rn> равна h-Rn. По
фазе она совпадает с /#. Поэтому ее проекция
на ось реактансов равна нулю. Следовательно,
Rn на замере не сказывается. В связи с этим
реактансные омметры, несмотря на свою слож-
ность, широко применяются для защит сетей
напряжением 110 kV и выше. В сетях этого
вида Rn, обусловленные в частности вольтовыми
дугами, могут иметь весьма большие значения
(см. гл. I, § 5). Необходимо, однако, отметить,
что при учете неповрежденных фаз, несиммет-
рии Rn в месте повреждения и других факторов
(см. следующий параграф) работа реактансных
омметров, даже включенных по наилучшим
схемам, оказывается зависящей от Rn. Это влия-
ние, как правило, бывает все же меньшим, чем
на импедансные омметры.
10. ОШИБКИ В ЗАМЕРАХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
ОММЕТРАМИ
Влияние симметричных переходных сопро-
тивлений на работу импедансных органов вы-
держки времени. Наличие Rn в месте повреж-
Ось импед.2
Для наклонны*
.характеристик
Фиг. IV,44. Диаграмма сопротивлений на зажимах импе-
дансных органов выдержки времени.
дения приводит к увеличению Zp, замеряемого
реле.
Искажения в замерах, для случая однострон-
него питания места повреждения, например,
замыкания между тремя фазами, наиболее наг-
лядно выявляются в диаграмме сопротивлений
{фиг. IV,44). Она ориентирована по оси импе-
дансов, замеряемых реле. Под углом cp^=arctg -^
254
к последней проведена ось активных сопротив-
лений R; ось реактивных сопротивлений х
перпендикулярна к оси R. При металлическом
замыкании в точке F (фиг. IV,45) реле
1 замеряет сопротивление zpl = z1-ll и реле 2
^2=2Гг4- Дуги окружностей, описанных из
центра диаграммы радиусами zpl и zP2, опреде-
ляют сопротивления, при которых защиты рабо-
тают с селективно подобранными выдержками
времени tx и t2. При наличии Rn последнее должно
быть отложено по оси R и геометрически сложе-
но с zpl и zP2. При этом zp соответственно
возрастут до значений z^ и zPi'. Как видно из
диаграммы, изменение zp при одном и том же
Rn получается тем большим, чем меньше угол
<p*. Новые значения выдержек времени / и 2
^защит зависят от типа выбранных характери-
стик t = f (zp).
При ступенчатых характеристиках обе защи-
ты могут иметь выдержки времени второй сту-
пени или при бблыпих значениях Rn выдержки
времени третьих ступеней. Первый из указанных
случаев показан на фиг. IV,45. Повреждение
произошло непосредственно у места установки
защиты 1 в точке F". Величина Rn численно
немного превышает импеданс первой зоны BD
защиты 1. Поэтому она действует с выдержкой
времени второй ступени. Считаем, что длины
участков АВ и ВС имеют такой масштаб, что
Фиг. IV,45. Схема радиальной сети с одностороннем пи-
танием, в которой установлена дистанционная защита
импедансного типа со ступенчатой характеристикой.
численно равны их иашедансам. Тогда сопро-
тивление на зажимах реле 2, равное отрезку
АЕ, получается путем прибавления к отрезку
АВ в точке В под углом <р* отрезка BE, равного
/?л. Выдержка времени защиты 2, соответствую-
щая также второй ступени, получается как
ордината точки К пересечения оси импедансов
с окружностью, описанной из точки А как центра,
радиусом, равным АЕ. Таким образом в данном
случае защита 2 работает одновременно с пер-
вой неселективно.
Действие защиты во втором случае (при
больших значениях Rn) зависит от способа выбо-
Da выдержек времени третьих ступеней и харак-
тера коммутации сети. В сети радиальной или
кольцованной, но с одним источником питания
третьи ступени могут быть подобраны по встреч-
но-ступенчатому принципу (см. гл. III). Тогда
защиты будут работать селективно. В сетях
сложной конфигурации с несколькими источни-
ками питания работа защит в третьих ступенях
оказывается, как правило, неселективной.
Несколько другие результаты получаются
при применении наклонных характеристик.
В этом случае при возрастании Rn уменьшается
ступень выдержки времени Д£ между ними, выби-
Питание
Zp =
Овс (1в+1в)-Вл+Яв-*1-1
Фиг. IV, 46. Схема линии с двухсторонним питанием при
замыкании между двумя фазами через активное сопротив-
ление.
раемая обычно из расчета металлических замы-
каний. Это объясняется тем, что за счет геомет-
рического сложения R и ZA разность Z^2—Zpl
уменьшается с увеличением Rn и при Rn—oo де-
лается равной гх1г cosyK—R^l^-Однако если
для этого режима характеристики были подоб-
раны так, что на всем протяжении имели ступень
д £=const (набиралось за счет сопротивления
zxl^), то при повреждениях через все увеличи-
вающиеся переходные сопротивления (Rn—*oo)
ступень между защитами снижается не до нуля.
Как следует из фиг. IV, 43, она определяется
-теперь сопротивлением гг1х cos <fK=Rxlx и равна
Д*ш!п = Д*. coscp* (IV, 41)
Таким образом при наличии ступени Д£,
выбранной со значительным запасом, и при ма-
лых углах ср* возможность неселективного дей-
ствия защит при работе в наклонной части
характеристик мало вероятна. Работа защит с
предельными выдержками времени^ (фиг. IV,2a)
аналогична рассмотренному выше случаю дей-
ствия защит со ступенчатыми характеристиками
в третьих зонах.
При наличии двухстороннего питания на за-
мер импеданса влияет не только величина Rn,
но и ток повреждения, идущий с противополож-
ной стороны. Так, например, при двухфазном
замыкании (фиг. IV,46) омметр фазы В, вклю-
ченный на линейный ток 1в и линейное напря-
жение Uвс, замеряет (при/д ^ 0) сопротивление
+ -/•*,.
2ZX4+Rn+
(IV, 42)
При токе Г в значительно большем, чем 1в,
даже при относительно небольших значениях
Rn могут происходить значительные в сторону
увеличения искажения в замерах.
Влияние симметричных переходных сопротивлений
на работу реактансных органов выдержки времени.
В общем случае при наличии двухстороннего питания
Фиг. IV, 47. Векторная диаграмма сопротивлений на зажи-
мах омметров, установленных на линии, имеющей двух-
стороннее питание, при замыкании между двумя фазами
через переходное сопротивление.
Rn влияют на замеры реактансных омметров, включенных
даже по наилучшим из существующих схем. Ниже в виде
примера для простоты рассматривается работа омметра,
включенного на линейный ток и линейное напряжение
при замыкании между двумя фазами (фиг. IV,46). xpt
направляя 1в по оси действительных значений, определит-
ся как проекция zp (IV, 42) на ось мнимых величин
(фиг. IV,47). Если 1д = 1в^г ^в совпадает по фазе с /#,
то Rn на замере хр не сказывается. Если l'd отстает от 1В,
то замер хр получается преуменьшенным; если, наоборот
опережает (Z^)» TO преувеличенным (•*£)• Изменение
фазы тока дуги, определяемое вектором тока 1В, подте-
кающего с противоположной стороны, может обусловли-
ваться расхождением по фазе э. д. с. источников питания
и неодинаковыми импедансными углами ус и ?с левои
и правой частей системы. При этом необходимо всегда
иметь в виду, что если реле, установленные по одну
сторону от места повреждения, дают преувеличенные
замеры (например, ток 1р = 1В отстает от /Б), то реле,
установленные по другую сторону места повреждения
(lp = IB опережает /#), обязательно дадут замеры пре-
уменьшенные.
Возможность уменьшения хр по сравнению с расчет-
ными может привести к неселективному действию защиты
неповрежденного участка с выдержкой времени первой
ступени при повреждении в первой зоне смежной линии
155
(фиг. IV, 19). Увеличение замеров менее опасно, чем их
уменьшение, так как в ряде случаев приводит только к
затяжке в отключении повреждений. Однако, если пре-
увеличенные замеры вызывают действие защиты повреж-
денного участка с выдержкой времени третьей ступени,
защиты неповрежденных участков могут сработать несе-
лективно. Это будет в том случае, если выдержки времени
третьих ступеней не согласованы между собой.
Влияние несимметричных переходных сопротивле-
ний на работу омметров при замыкании между тремя
фазами. Наиболее вероятным видом несимметричного
замыкания между тремя фазами является перекрытие
двух из них на третью. На фиг. IV, 48 приведен случай
замыкания фаз Л и С на фазу В через активные сопро*
тивления вольтовых дуг RA и Rc. Получающиеся соот-
ношения для замеров импедансными и реактансными
омметрами рассматриваются при следующих допущениях:
питание одностороннее, токи нагрузки отсутствуют, си-
-е-
ЕоЛ
asxc
'В*1 8 I
-г
I
I
О^оЛ^
i
I
Фиг. 1V,48. Несимметричное замыкание между тремя фазами.
'A'UAG
ZC'~UCG r t
*В=Ц*\
Фиг. IV, 49. Векторная диаграмма токов и напряжений
при несимметричном замыкании между тремя фазами со-
гласно фиг. IV, 48.
стема имеет чисто реактивное сопротивление Хс = 1,
выраженное в относительных единицах и одинаковое для
положительной и отрицательной последовательностей
сопротивление дуги /?л = 0,5*с, RC = 0,75XC. Результа-
ты расчетов токов повреждения и остаточных напряжений
для точек FhP представлены в виде векторной диаграммы
(фиг. IV, 49). Импедансы и реактансы на зажимах омметров,
присоединенных на разность линейных токов и линейные
напряжения, определеннее по фиг.1^ 48 для точек /^А^О),
£(*<; = 0,5) и G(XC= 1) сведены в диаграмму фиг. IV, 50.'
На основании ее рассмотрения прелставляется возможным
сделать следующие выводы [Л.З;Л.4]:
1. Наличие в месте повреждения несимметричных
Rn сказывается на замерах не только импедансных, но
также и реактансных омметров.
156
2. Ошибки в замерах могут быть не только
положительными, увеличивающими сопротивление на
зажимах, но также и отрицательными, его уменьшающими.
Особенно опасны отрицательные ошибки, которые при-
водят к возможности неселективного действия защит с пер-
выми ступенями при повреждениях на смежных участках.
Особо значительны отрицательные ошибки у реактансных
омметров; у импедансных омметров они относительно
невелики, что является их безусловным преимуществом.
3. Фаза опережающая (А) по отношению к той, на
которую произошло перекрытие (В), имеет преуменьшен*
ные замеры реактансов. Объясняется это тем, что /л
отстает от /А — 1В, и поэтому падение напряжения в
дуге, являющееся частью UAB, дает отрицательную про-
ФазаС*-2р
2p«3
А,В,Ст2виХп
еталлиъЧС Зф .
Фага А_ -Zp -^
Фиг. IV, 50. Диаграмма импедансов и реактансов на
зажимах омметров, включенных на разность линейных
токов и линейные напряжения, при несимметричном за-
мыкании между тремя фазами согласно фиг. IV,48.
екцию на ось мнимых величин, перпендикулярную к
Ia—Ib> b результате замер, пропорциональный сумме
проекций падений напряжений, уменьшается.
4. Фаза, на которую произошло перекрытие (В),
имеет преувеличенный замер реактанса. Это объясняется
тем, что /с опережает 1В ~ /с и поэтому падение нап-
ряжения в дуге, равное — Ic-Rc> являющееся частью
U вс дает положительную слагающую на ось мнимых
величин, перпендикулярную к/в — 1с;в результате за-
мер увеличивается.
5. Фаза отстающая (С) по отношению к той, на ко-
торой произошло перекрытие (В), может давать преу-
меньшенные и преувеличенные замеры. К реле фазы С
подводятся /с —1А и UCA. Падение напряжения в * дуге,
являющееся слагаемым остаточного напряжения £/сл,равно
Ud = ;с- #с — U'Яа- Если #л = Ro то £/а=(/с - /д) RA.
Его проекция на ось реактансов, перпендикулярную
к fc — *А> равна нулю. Таким образом в этом случае
сопротивление дуг на замер не влияет. Если RA<RC
(рассчитанный случай), по аналогичным соображениям
замер получается преуменьшенным, если Ra> Rr>
то преувеличенным.
Омметры трех фаз защиты обычно включаются па-
раллельно. Поэтому реактансная защита в целом, присое^
диненная по лучшей из существующих схем (на разность
токов и линейные напряжения) при трехфазных несим-
метричных замыканиях дает преуменьшенные замеры.
Несколько лучшие результаты с рассматриваемой точки
зрения дает схема включения на линейные jtokh и ли-
нейные напряжения. Однако ввиду ее недостаточно
хорошей работы в других случаях (см., например, ниже
анализ влияния на нее токов нагрузки) она обычно
для реактансиых защит не применяется.
Для улучшения работы реактансных защит можно,
например, использовать циклические блокировки [Л. 5],
связывающие на постоянном токе омметры попарно. При
этом защита может действовать только с временем, со-
Фиг. IV, 51. Схема линии при двухфазном замыкании на
землю.
ответствующим большему из двух меньших замеров, т. е.
соответствующим среднему из замеров, Однако надо при-
нять во внимание получающееся при этом усложнение
схем защит и отсутствие статистических данных, под-
тверждающих достаточную вероятность опасных несим-
метричных повреждений. В связи с этим циклические
блокировки в настоящее время, имея в виду тенденции
к упрощению схем, к применению не могут быть реко-
мендованы.
Влияние переходных сопротивлений при двухфаз-
ных замыканиях на землю на замеры реактансных
омметров. Соотношения между Rn при двухфазных за-
мыканиях на землю могут быть весьма разнообразны
(см. гл.1, §7). Ниже рассматривается для простоты случай
непосредственного перекрытия на землю фаз В и С через
отдельные дуги RB и Rc (фиг. IV.51).
При использовании омметров, присоединенных по
схеме с токовой компенсацией, к реле фазы В подво-
дится lB -f- klQ и UB% к реле фазы С соответственно 1q +
+ k/Q и £/с'А> отстает от 1В и опережает /с (фиг. 1,16).
Таким образом ток в дуге фазы В-~1В опережает ток в
реле IB + kf0t ток в дуге фазы С — /с отстает от тока в
реле ?с+ &/()• В результате для реле фазы В падение
напряжения в дуге вызывает преувеличение реактанса
и для реле фазы С преуменьшение. При прочих равных
условиях ошибки в замерах увеличиваются с возраста-
нием /0.
При применении омметров, включенных на разность
линейных токов и линейные напряжения, к реле фазы В
подводится 1В — /с и UBC. Падение напряжения в дугах
!в RB~JcRc> представляющее слагающую остаточного
напряжения UBq, совпадает с 1В — /с только при равен-
стве дуг. В этом случае ^ix сопротивление не влияет на
замер. При неравенстве дуг замер получается преуве-
личенным или преуменьшенным в зависимости от соот-
ношения их величин.
Всесторонний анализ [Л. б] показывает, что искаже-
ния в замерах междуфазного комплекта омметров полу-
чаются в общем весьма значительными. Поэтому обычно
при двухфазных замыканиях на землю оставляют в работе
только комплект, включенный по схеме с токовой ком-
пенсацией, действующий и при однофазных замыканиях
на землю. Для улучшения его работы возможно приме-
нение, как и для трехфазных замыканий, блокировок,
дающих возможность защите действовать с выдержкой
времени, соответствующей большему из замеров. Однако
эти устройства, усложняющие схему, в настоящее время
не применяются.
Влияние токов нагрузки на замеры омметров.
Влияние токов нагрузки рассматривается на примере
замыкания между двумя фазами В и С (фиг. IV, 52),
Хан
ЪкЧ
F
■о—
iw.
811
1 " '■!> ■«■■—-»
Фиг. IV, 52. Схема нагруженной линии с односторонним
питанием при замыкании между двумя фазами.
Как следует из фиг. 1,6 и фиг. 1,7, полные токи в
поврежденных фазах В и С в месте установки защиты
(точке О) оказываются за счет токов нагрузки 1Н не рав-
ными по величине и сдвинутыми друг относительно друга
на угол, меньший 180°.
Импедансные омметры, присоединенные на линейные
токи и линейные напряжения, замеряют в рассматрива-
емом случае следующее сопротивление:
z.=
MBG
!вк + 1вн
W *« + (2 *ВК + *ВН ~ *СН)Ы
1ВК + 1ВН
4 Выражение (IV,43) показывает, что Zp даже при
Rn = 0 и 1ВН = !сн зависит не только от дистанции /. Это
объясняется тем, что на величине Uвс токи 1ВН и 1СИ
не сказываются; ?ок же, подводимый к реле 1В = 1вк^вн9
зависит от величины 1ВН.
Искажение в замерах получают также и реактансные
-омметры.
Замер сопротивлений импедансными омметрами, вклю-
ченными на разность линейных токов и линейные напря-
жения, определяются следующим образом:
zp=
и,
вс
Ibk-** + Vb-Ic)ZvI
iB-'c
1в-*с
=2г/ + т
JBK'^n
iB-ic
(IV.44)
В этом случае при Ra *= 0 импедансный омметр дает
правильный замер, вне зависимости от величин и фаз
нагрузочных слагающих в / и / поврежденных фаз.
Обусловливается это тем, что к ре„ле иодводится ток
'в—/, слагающие которого определяют напряжение на
его зажимах. Реактансные омметры дают при #я=0 также
правильный замер. При Каф0 за счет несовпадения по
157
фазе токов в дуге и токов, подводимых к реле, в замере
получаются искажения.
Из изложенного следует, что схема включения на
разность линейных токов и линейные напряжения в
значительно меньшей мере подвержена влияниям, чем
схемы с включением на линейный ток. Схема с включением,
на разность токов обеспечивает также одинаковый замер
при всех междуфазных металлическихзамыканиях. Поэтому
она широко применяется для защит сетей напряжением
110 kV и выше, в которых токи повреждения могут быть
соизмеримы с максимальными нагрузочными токами.
При металлических коротких замыканиях между
тремя фазами токи нагрузки в поврежденной линии от-
сутствуют и на замерах любых схем
сказываться не могут. На омметры,
включенные на у
фазные напря-
жения и линей-
У// Ь
у—«
ь
^ Фиг. IV,53. Замер со-
противлений омметра-
ми в сети сложной
конфигурации.
D k Г!? С
Фиг. IV,54. Замер сопротивлений ом-
метрами, установленными на, участке,
смежном с двумя параллельными ли-
ниями.
ные токи, или по схеме с токовой компенсацией, при
металлических замыканиях на землю токи нагрузки также
не влияют. Это объясняется тем* что остаточные фазные
напряжения определяются полными токами поврежденных
фаз. При замыканиях через Rn на замеры всех перечис-
ленных схем как с импедансными, так и с реактансными
омметрами токи нагрузки начинают влиять.
Ошибки в замерах реактансных омметров, к кото-
рым подводятся напряжения, отличные от напря-
жения петли короткого замыкания. В ряде случаев
при возникновении повреждений действуют пусковые
органы, а следовательно, и приводимые ими в работу
омметры нескольких фаз. Так, например, при замыка-
ниях между двумя фазами могут работать пусковые
органы и омметры обеих поврежденных фаз. При одно-
фазных замыкачиях на землю срабатывает пусковой
орган и омметр не только одной поврежденной фазы; мо-
гут также подействовать защиты неповрежденных фаз.
Это будет в том случае, если подействуют их пус-
ковые органы за счет, например, увеличения питаю-
щих их токов, обусловленных появлением токов нуле-
вой последовательности. Возможно также действие
омметров, предназначенных для замера сопротивлений
при замыканиях между фазами (при наличии в схеме от-
дельных комплектов омметров от замыканий между фазами
и замыканий на землю). *
Омметры импедансного и реактансного типов ведут
себя в рассматриваемом случае по-разному. Импедансный
омметр, включенный на остаточное напряжение петли
короткого замыкания, обеспечивает необходимый пра-
вильный замер. Другие подействовавшие омметры за-
меряют обычно преувеличенные сопротивления и поэтому
вызвать неправильного действия защиты не могут. Наличие
на других омметрах преувеличенных замеров объяс-
няется тем, что к ним подводятся напряжения, как правило,
большие напряжений петли короткого замыкания; токи
же, питающие их, обычно не превосходят токов в пра-
вильно работающем омметре. Менее благоприятно обстоит
дело с работой реактансных омметров. Углы сдвига между
^токами и остаточными напряжениями, не ими обусловлен-
ными, в общем случае имеют произвольные значения.
Поэтому может оказаться, что при малых углах сдвига
омметры, к которым подводятся указанные напряжения
и токи, будут замерять реактансы, меньшие расчетных,
меньшие, чем на правильно работающем омметре повреж-
денной фазы. В связи с изложенным в схемах реактансных
защит применяются следующие блокировки. При замыка-
ниях на землю от реле, реагирующего на /0, автоматически
выводятся из действия омметры, реагирующие на замы-
кания между фазами. При замыканиях между двумя
фазами оставляется в работе только омметр опережающей
фазы, к которому подводится остаточное напряжение
петли короткого замыкания (необходимость в последней
блокировке эксплоатацией не подтверждена и ei, как
правило, не осуществляют).
Необходимо также отметить, что омметры реактанс-
ных защит могут давать искаженные (в частности преу-
меньшенные) замеры при замыканиях между двумя фазами
на сторонах вторичного напряжения
9 трансформаторов, имеющих соедине-
ние обмоток Y/д [Л. 6].
Влияние на замеры ом-
метров конфигурации и ком-
мутации сети. Рассматривав-
шиеся выше соотношения при
замерах сопротивлений были
выведены для защит, устано-
вленных непосредственно на
поврежденном участке, или
для защит смежных участков
сети радиальной конфигура-
источники питания только по
В сетях кольцованных, с па-
раллельными линиями, а также радиальных,
имеющих источники питания также на проме-
жуточных подстанциях, замеры омметров,
установленных на неповрежденных участках,
получают дополнительные искажения.
На фиг. IV, 53 представлена часть сложной
сети, на участке DC которой произошло по-
вреждение на расстоянии / от шин D. Ток
повреждения ID=/^-f- If. Длины участков ED
и FD соответственно равны 1Е и If. Импеданс
установленного, например, на подстанции Е
реле
~ __UE_0E + lF)Zlt + 'E-Z1lE _
JE lE
-Z1(/ + /l?) + 4£-Z1/. (IV, 45)
'я
Таким образом сопротивление на участке,
смежном с поврежденным, оказывается непро-
порциональным дистанции 1-\-1Е до места по-
вреждения. Оно зависит еще от отношения
ции, имеющей
своим концам.
1Е>
направляющихся к
DC. Обычно
поврежден-
добавочный
If и
ному участку
член — • ZJ, имеет положительное значение,
увеличивая сопротивление на зажимах реле.
При этом селективность действия защиты по-
врежденного участка по отношению к смежному
не нарушается. В некоторых случаях дополни-
тельный член имеет отрицательную величину,
158
уменьшая сопротивление на зажимах. Это мо-
жет произойти, например, при сопряжении
одиночной линии с двумя параллельными, на
одной из которых произошло повреждение
(фиг. IV, 54). В этом случае ID=IE— IF.
Поэтому /. • \
7 .AIb-IfIZJ + IeZJe
£рЕ— - _
«Z1(/+/£)-^.Z1/.
1е
При повреждении у шин подстанции С://>=
Такое
сни-
Фиг. IV,55. Принцип работы реле
нулевого тока с тормозным дейст-
вием.
=1Р = 0,5!Е и *pE = z1(lE + 095lDC)
жение сопротивления на за-
жимах реле может приводить
к неселективному действию
защит* смежных участков.
Чтобы избежать этого, необ-
ходимо соответствующим об-
разом подобрать характери-
стики выдержек времени за-
щит. При этом для тех из
них, которые реагируют на
замыкания на землю, следует
учитывать сопротийление вза-
имоиндукции параллельных цепей.
Влияние на работу омметров ошибок из-
мерительных трансформаторов тока и напря-
жения. Омметры включаются на защищаемые
линии через измерительные трансформаторы
тока и напряжения, которые имеют соответ-
ствующие ошибки в пт, пн и углах. Измери-
тельные трансформаторы напряжения при нор-
мальной их загрузке обычно обеспечивают
точность, достаточную для работы дистанцион-
ных защит. При этом необходимо обращать
внимание на точность их действия не только
при номинальном напряжении, но также и при
его сильных понижениях. Последний случай
является, очевидно, наиболее вероятным при
работе защит. Сложнее в ряде случаев обстоит
дело с трансформаторами тока. Дистанционная
защита применяется преимущественно в сетях
напряжением 35 kV и выше. В них по эконо-
мическим соображениям стремятся использо-
вать трансформаторы тока, встроенные во втул-
ки выключателей. Эти трансформаторы тока,
особенно при малых птУ часто обладают точ-
ностью, недостаточной для дистанционных за-
щит. Принято, что ошибки пт трансформато-
ров тока в возможном диапазоне изменений
токов при коротком замыкании в конце соот-
ветствующей зоны не должны превосходить
примерно 10%. Поэтому выбор трансформато-
ров тока рекомендуется производить, пользу-
ясь так называемым 10% кривыми (см. гл. II,
§ 12). Ошибки в углах имеют* значение преиму-
щественно для реактансных омметров. Транс-
форматоры тока, выбранные по 10% кривым,
автоматически обеспечивают допустимые ошиб-
ки и по углу.
Особые требования к трансформаторам тока предъяв-
ляют схемы дистанционной защиты, включающие реле
тока, реагирующие на /0. Это реле предназначается для
переключения цепей напряжения и тока омметров, исполь-
зуемых одновременно для междуфазных замыканий и за-
мыканий на землю (например, фиг. IV, 25, IV, 32) или дли
выведения междуфазного комплекта при замыканиях н&
землю. Если такое реле под влиянием iH^ подействует
при междуфазном замыкании на защищаемом участке.,
междуфазная защита окажется выведенной, а защита от
замыканий на землю будет работать совершенно непра-
вильно. Поэтому ip\m нулевого переключательного реле то-
ка нормальной конструкции необходимо выбирать большим
максимального возможного /я$ при коротком замыкание
к Ц 4
*рт, tjm
1кщцх
Фиг. IV,56. Сравнение чувствительности
реле нулевого тока нормальной конструк-
ции и с тормозным действием; заштрихо-
, ванная на диаграмме площадь характери-
зует выигрыш в чувствительности при
применении реле с тормозным действием..
между фазами у места установки защиты, сопровождающе-
гося током 1К тах. Такой выбор ip%m при неточных, быстро
насыщающихся трансформаторах тока может недопустимо
загрубить защиту. В таких случаях приходится итти на
применение или более точных трансформаторов или спе-
циальных реле тока с тормозным действием. Такие реле
строятся с использованием, например, коромысловых си-
стем, подобных применяемым для органов выдержки вре-
мени (фиг. IV, 65). Один электромагнит находится под
воздействием 3/0, второй под воздействием разности токов-
двух каких-либо фаз (например, /д и iq)- Применение
торможения от двух фаз обеспечивает его при всех двух-
фазных замыканиях. Число витков рабочей обмотки, пи-
таемой током 3/0, выбирается больше числа витков тор-
мозной обмотки. В результате при междуфазных замыка-
ниях ipm автоматически увеличивается (фиг; IV, 56), ос-
таваясь при любых значениях первичных токов больше,,
чем iHif. При замыканиях на землю ампервитки рабочей
обмотки, по которой'начинает протекать 3/0, оказываются
больше тормозных ампервитков, и ре.пе действует. Как.
следует из диаграммы, тормозная обмотка дает возмож-
ность значительно повысить чувствительность реле при
малых токах замыкания на землю по сравнению со слу-
чаем применения нормального реле с i"Ptm^> iH6mar По"
этому такие реле должны получить широкое распростра-
нение для дистанционных и некоторых других защит.
159>
'Необходимо также отметить, что они iio существу пред-
ставляют реле с тормозными катушками, применяемыми
а схемах диференциальных защит (см. гл. V).
11. ФИКСАЦИЯ МГНОВЕННОГО ЗАМЕРА СОПРОТИВ-
ЛЕНИЙ ОММЕТРАМИ
Большинство наиболее существенных ошибок в заме-
рах сопротивлений реактансными и в особенности импе-
дансными омметрами в соответствии с данными предыду-
щего параграфа вызывается наличием Rn. Одной из основ-
ных, а иногда и единственной слагающей /?„ при между-
фазных замыканиях является активное сопротивление
вольтовой дуги. R$ ориентировочно определяется по фор-
муле (гл. I, § 5):
(2 000 ~- 2 500)/,
В начальный момент повреждения дуга имеет мини-
мальное сопротивление, так как ее длина L относительно
непелика, а 1а имеет
^_ наибольшее значение.
Нацгпь Как показывают экспе-
откдаче* риМенты (фиг. 1,10), со-
противление дуги начи-
нает заметно возрастать
только через время от
начала возникновения
короткого замыкания,
равное примерно 0,1—
0,15 сек. Поэтому на за-
щиты, действующие с
меньшим временем, влия-
ние дуги должно быть
относительно неболь-
шим. Однако время ра-
боты дистанционных за-
щит даже со ступенча-
тыми характеристиками
составляет в первой зоне tt ^ 0,15 -*- 0,3 сек. и во второй
зоне t2= 1 -5-1,2 сек. Таким образом возрастающее R#
может сказываться на работе не только второй, но иногда
и первой ступени защит. В связи с этим было предложено
[Л. 7] осуществлять фиксацию мгновенного замера сопро-
тивлений, появляющихся на зажимах реле в начальный
момент повреждения, исключая этим влияние на работу
омметров возрастающих по времени сопротивлений дуг.
Принципиальная схема такого устройства для омметра
второй зоны показана на фиг. IV, 57. При возникновении
повреждения действуют, замыкая контакты, пусковой ор-
ган / и омметр 2. Через них подается + на промежу-
точное реле 3, которое при этом срабатывает. Замыкая
свой нижний контакт, онб подает -f- на свою обмотку не-
посредственно от пускового органа, минуя контакты ом-
метра. Поэтому, если последние в процессе действия за-
щиты под влиянием возросшего сопротивления дуги ра-
зомкнутся, это не скажется на работе защиты в целом.
С выдержкой времени второй ступени сработает реле
времени 4 и через верхний, замкнувшийся контакт реле 3
подаст импульс на цепь отключения. Снятие постоянного
тока с реле 3 и возврат его в исходное положение про-
исходит только при размыкании контактов пускового
органа. Осуществление фиксации мгновенного замера яв-
ляется мероприятием, принципиально безусловно целе-
сообразным. Однако практическое осуществление мгно-
венного замера для вторых зон защиты (где он может
оказаться наиболее эффективным) допустимо только в се-
тях радиальных или простейших кольцевых. В сетях более
сложной конфигурации его наличие приводит к неселек-
тивному действию защиты.
Такой случай приведен на фиг. IV, 58. При коротком
замыкании в точке F защита 5 сработает с выдержкой
времени первой ступени. Одновременно защита 2 непов-
режденного участка произведет замер сопротивления, за-
Фиг. IV,57. Схема омметра
с мгновенным замером сопро-
тивления.
фиксировав вторую зону. После отключения выключателя 5
с выдержкой времени второй ступени повреждение от-
ключается с другой стороны защитой 7 с выдержкой
второй зоны. Однако одновременно с защитой 7 неселек-
тивно подействует и защита 2. При отсутствии мгновен-
ного замера на защите 2 последняя работает в рассмат-
риваемом случае селективно, так как после отключения
выключателя 5 защита 2 переориентируется и будет дей-
ствовать с резервной выдержкой времени третьей сту-
пени. Для правильного действия защит фиксация должна
осуществляться на всех смежных участках.
В связи с изложенным выше мгновенный замер со-
противлений обычно всегда осуществляется в первых
зонах, так как это не усложняет схемы. Во вторых зонах
его применяют только при подходящей для этого кон-
фигурации сети. Импедансная защита с фиксацией бы-
стродействующего мгновенного замера может заменить
в ряде случаев при замыканиях между фазами более слож-
ные и дорогие реактансные омметры. При замыканиях
на землю в переходные сопротивления помимо дуг могут
входить значительные слагающие, обусловленные сопро-
1
-IrJ
тттаа\ Г\
Питание
U--
г
~^i
1
t
Н_н
F
Т""
9
о
7
■II—«(__
Питание
Фиг. IV,58. Случай неселективного действия дистанцион-
ной защиты, снабженной фиксацией мгновенного замера
сопротивления.
тивлениями заземляющих устройств, переходным сопро-
тивлением между проводом и землей и т. д. Влияние
этих сопротивлений на работу защиты мгновенный замер
не устраняет. Поэтому возможность замены реактанснои
защиты на импедансную с мгновенным замером от замы-
каний на землю значительно более сомнительна, чем от
междуфазных замыканий. По данному вопросу в настоя-
щее время достаточно обоснованных экспериментальных
данных еще нет.
12. УЧЕТ КОЭФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ ИЗМЕ-
РИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕ-
НИИ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА ЗАЖИМАХ РЕЛЕ
В предыдущих параграфах при определении
величин сопротивлений zp и хр предполагалось,
что измерительные трансформаторы тока и на-
пряжения имеют пт и nHi равные единице.
Учет действительных п производится следую-
щим образом.
Сопротивление на зажимах импедансного
или реактансного омметров равно отношению
подводимых к реле вторичного напряжения щ
или его слагающей и вторичного тока ip. По-
этому
**
up __Up-nm __пт ~#
Хр — -г- sin <gp=
р Пн*1р
Ups\n<?p-nm n
(IV, 46)
ip "" "- пи.!р
^1т.хр. (IV, 47)
Рассмотрение выражений (IV,46J и (IV,47) дает
возможность сделать следующие выводы:
1. Zp и Хр при одном и том же отноше-
нии Up к 1Р уменьшаются с увеличением номи-
нального напряжения защищаемых линий. Это
160
обусловливается тем, что с увеличением но-
минального напряжения возрастает коэфици-
ент пн. Омметры дистанционных защит имеют
некоторые минимальные сопротивления трога-
ния, определяемые конструктивными парамет-
рами реле и в свою очередь определяющие те
минимальные длины участков, на которых мо-
жет быть установлена защита. Отсюда следует,
что указанные минимальные длины повыша-
ются с увеличением номинального напряжения
сети,
2. Zp и Хр при одном и том же отноше-
нии Up и 1Р прямо пропорциональны пт. Коэ-
фициент яот = 7^ можно выбирать различным;
важно только, чтобы первичный номинальный
ток трансформатора 1Ном не был меньше мак-
симального рабочего тока линии. Поэтому в
ряде случаев искусственно Повышают птУ а сле-
довательно, и замеряемые реле сопротивления.
Минимальная длина участка, которая может
быть защищена дистанционной защитой с нор-
мально подобранными характеристиками, зави-
сит помимо минимального сопротивления тро-
гания, пн и пт также от схемы включения ор-
ганов выдержки временив их характеристик.
Так, например, для схемы включения импеданс-
ных омметров на разность линейных токов и
линейные напряжения (фиг. IV, 23) при ступен-
чатых характеристиках и длине первой зоны
к% (70 -*- 80%) защищаемой линии ее минималь-
ная длина Ljnin определяется из соотношения:
Отсюда
Zp. mmin — Zx Ш-Ь
min.
г _100пн-*р.ттщ
13. ПУСКОВЫЕ ОРГАНЫ
(IV, 48)
Пусковые органы предназначены устанавли-
вать момент возникновения повреждения и пу-
скать в действие органы выдержки времени.
К пусковым органам предъявляют следующие
основные требования: ?
1. Быстрота действия. С сокращением
нх собственного времени срабатывания умень-
шается выдержка tx первой зоны ступенчатых
характеристик и основного времени наклонных
характеристик.
2. Пуск в действие только того
органа выдержки времени, к кото-
рому подводится остаточное на-
пряжение петли короткого замыка-
ния и ток поврежденной фазы.
Выполнение этого требования весьма важно
для реактансных защит, омметры которых,
включенные не на напряжение петли короткого
замыкания, и ток, его обусловивший, могут да-
вать преуменьшенные замеры. Необходимо от-
П Релейная зашита
метитьг что это требование не всегда выпол-
нимо, и поэтому в схемах реактансных защит
иногда приходится применять дополнительные
блокировки.
3. Чувствительность, обеспечиваю-
щая пуск защиты при всех возможных соот-
ношениях токов и напряжений в момент по-
вреждения.
Существует весьма большое количество
типов пусковых органов. В качестве их исполь-
зуются следующие реле: максимального тока,
минимального импеданса, минимального напря-
жения, а также диференциальные реле напря-
жения. Из перечисленных типов преобладаю-
щее распространение имеют два первых.
Пусковой орган максимального тока. Вы-
полняется посредством нормальных мгновен-
ных реле максимального тока, например, серии
ЭТ-60 ХЭМЗ (см. гл. И, § 6).
Для повышения чувствительности защиты
их ip.m должен выбираться по возможности
минимальным. Как и для всякой максимальной
токовой защиты, ip. m должен быть боль-
ше /ртах. При включении трансформаторов то-
ка и обмоток реле в звезду, что обычно и прак-
тикуется ъ j
(IV, 49)
*р шах
П
т
Для реактансной защиты особенно важно, чтобы
ip% m был больше максимального тока 13 ф шах, имеющего
место в здоровой фазе данного участка при к. з. на смеж-
ном участке:
(IV, 50)
*р. т^Ьн
*з. ф шах
Пт
При этом допускается, что защита здоровой фазы на
поврежденном участке может запускаться, так как это
к неправильным отключениям, как правило, привести не
может.
Достоинствами токового пуска являются его
простота и надежность. Последняя в частности
обеспечивается тем, что защита не пускается
в ход при исчезновении напряжения за счет,
например, перегорания предохранителей на из-
мерительном трансформаторе напряжения. Не-
обходимо иметь в виду, что сопротивление на
зажимах омметра может при этом равняться
нулю I например, % = -г- = 7—= 01.
\ lp lp /
Недостатком этого органа пуска является
его относительная грубость. Для возможности
его применения необходимо, чтобы *т£тт >
>ip.m- При выборе ip.m по максимальному ра-
бочему току (IV, 49) это сводится к соотноше-
нию
>
^ , . Практически токи, доста-
lp max пв
точные для действия токового пускового ор-
гана, обычно имеют место в сетях напряже-
нием 35 kV и ниже. Для таких сетей, как
161
указывалось выше, применяются более простые
и дешевые импедансные омметры. Поэтому
пусковой орган максимального тока применяет-
ся, как правило, для импедансных защит, j
Пусковой орган минимального импеданса.
Осуществляется посредством мгновенных реле
минимального импеданса. По конструкции они
подобны мгновенным реле сопротивления (см.
гл. IV, § 5), используемым для омметров. Од-
нако их функции совершенно [отличны от ом-
метров. Последние замеряют^ сопротивление
ZpaS
Фиг. IV, 59. Зависимость рабочих
импедансов на зажимах реле от
тока.
-Зона; б которой дейстВив
пусковых органов нецела
тельно
^раб пРи Урабном
Zpa6 nPu UpaSmcr
~А
{///Область импедамсоВ/уА
////' при повреждениях ' ////
w/,/"",W////////////-
-J mm
tz
In
от места установки защиты до места возник-
шего короткого- замыкания. Пусковые же ор-
ганы минимального импеданса должны только
отличать импеданс на своих зажимах при нор-
мальной работе от импеданса при поврежде-
нии. Поэтому параметры их должны быть иные,
чем у реле сопротивления.
Требования к характеристике пускового ор-
гана минимального импеданса вытекают из рас-
смотрения кривой рабочего импедансу j^j==
™-]f~ (Фиг- IV, 59). Зависимость граб от ip при
постоянной величине рабочего напряжения ираб
представляет гиперболу. Кривая 1 соответ-
ствует номинальному рабочему напряже-
нию Ираб ном (обычно для линейного напряже-
ния 100 V), кривая 2 — минимально возможному
в условиях эксплоатации рабочему напряжению
(обычно K/wrfmin™80 -*-90% ирабном ). Возникнове-
ние повреждений характеризуется обычно по-
нижением напряжения и увеличением тока.
При минимальных режимах работы системы
или повреждениях через переходные сопротив-
ления токи короткого замыкания могут быть
и меньше максимальных рабочих; поэтому об-
ласть импедансов на зажимах реле при повреж-
дениях ограничивается слева /ЗШт и сверху
кривой 2 рабочего импеданса, соответствую-
162
щей и,рабт\ъ. Таким образом пусковой fорган
минимального импеданса для дистанционной
защиты для охвата всех возможных повреж-
дений должен иметь импеданс трогания, зави-
симый от величины гр. Его величина^опреде-
ляется двумя условиями:
zpa6 (ПРИ «рабть) .
бр* т
<
&р.т
<
кн*кв
Z3.0
кн
(IV, 51)
(IV, 62)
Фиг. IV, 60. Характеристики
импеданса трогания различных
типов пусковых органов.
В (IV, 51) ke всегда больше единицы, так
как рассматриваемое реле минимального типа,
и поэтому его импеданс возврата имеет боль-
шую величину, чем импеданс трогания. Коэфи-
циент надежности kH^> 1. z3m($> — минимально воз-
можный импеданс на неповрежденных фазах
неповрежденной линии при коротком замыкании
на смежном участке. Особо малые значения
импедансов на неповрежденных фазах полу-
чаются '-при замыканиях на землю в системах
с непосредственно заземленными нулевыми точ-
ками, так как в этом случае по ним замыкаются
не только токи нагрузки, но также токи нуле-
вой последовательности, обусловленные зазем-
ленными нулевыми точками системы. В предель-
ном случае эти токи могут оказаться равными
току в поврежденной фазе (фиг. 1,9).
При коротких замыканиях на линиях, отхо-
дящих от мощных систем, может оказаться,
что почти все падение напряжения ложится на
линию. В этом случае напряжение на зажимах
реле окажется близким к рабочему и пусковой
орган, имеющий характеристику, подобную ра-
бочему импедансу, откажет в действии. Для
предотвращения этого характеристику реле
выполняют такой (кривая 2 фиг. IV, 60), что
при кратностях тока £ = 3-ч-4 от iH0M она пе-
ресекает кривую / рабочего импеданса. Такая
характеристика обеспечивает также действие
защиты при больших сверхтоках. В начальной
части при небольших токах „горб" характери-
стики обеспечивает работу реле при повреж-
дениях через большие /?л. Однако при этом не
следует стремиться к повышению чувствитель-
ности реле при токах, близких к ip.m, до ве-
личин^ очень близких к рабочему импедансу.
Это может в некоторых случаях приводить
к нежелательному действию пусковых органов
неповрежденных фаз, например, за счет оста-
точных токов нагрузки при двухфазных замы-
каниях.
Фиг. IV, 61. Получение Фиг. IV, 62. Получение
зависимости импеданса зависимости импедан-
трогания от тока путем са трогания от тока
включения параллельно путем включения то-
токовой обмотке реле ковой обмотки через
насыщающегося дрос- насыщающийся проме-
селя. жуточный трансформа-
тор тока.
Зависимость zp.m от тока обычно получается
включением в токовую цепь параллельно об-
мотке реле сопротивления насыщающегося
дросселя (фиг. IV, 61) или питанием токовой
обмотки через насыщающийся промежуточный
трансформатор (фиг. IV, 62).
В первой конструкции при небольшом ip большая
его часть протекает через обмотку реле, так как сопро-
тивление дросселя велико. В результате постоянная km
(IV, 8), а следовательно, и 2 т получаются большими.
При повышенном ip дроссель начинает насыщаться, со-
противление его падает и происходит относительное пе-
рераспределение токов. Постоянная km и zp m понижаются.
При больших i устанавливается примерно постоянное их
распределение между обмоткой реле и дросселя. В ре-
зультате ХрлП1 приобретает также примерно постоянное
значение. Подобным же образом действует -и-вторая
схема. При небольшом / промежуточный трансформатор
не насыщен. Через токовую обмотку реле проходит от-
носительно большой ток. Коэфициент km и z m имеют
повышенные значения. При увеличении / происходит
насыщение промежуточного трансформатора; &w.и z
понижаются. р
Недостатком характеристик с зависящим от тока им-
педансом является в частности то, что при них часто за-
труднительно отстроиться от повреждений в других, свя-
занных через силовые трансформаторы системах. Для
этой цели иногда более подходящими являются реле
с постоянным zpm m (кривая 3 фиг. IV, 60). Однако при
них бывает затруднительно осуществить надежную от-
стройку от токов в здоровых фаза* (например, при за-
мыканиях на землю) и одновременно обеспечить высокую
чувствительность при замыканиях через Rn. Поэтому пу-
сковые органы с такими характеристиками для дистан-
ционных защит (особенно реактансных) не рекомендуются.
Ток трогания импедансных пусковых ор-
ганов должен выбираться по возможности ми-
нимальным, однако не меньше минимального
тока надежной работы омметров. Если позво-
ляют минимальные токи короткого замыкания
в системе, его иногда выбирают даже несколь-
ко больше номинального тока линии. Этим
предотвращается неправильное действие за-.
Фиг. IV, 64. Векторная
диаграмма токов и
напряжений при замы»
кании между фазами В
и С.
щиты при исчезновении напряжения в ее цепи
напряжения или за счет токов нагрузки на ра-
диальных линиях с односторонним питанием
при повреждениях на других линиях, отходя-
щих от тех же шин. В тех случаях, когда ми-
нимальные токи короткого замыкания малы,
возможность исчезновения напряжения на за-
щите при выборе ip.m не учитывается. Для
предотвращения же неправильного действия
защиты устанавливаются специальные блоки-
рующие устройства (см. гл. IV, § 16).
Для защит от замыканий между фазами пу-
сковые органы присоединяются на линейные
токи и линейные напряжения подобно омметрам
по фиг. IV, 20. Такое включение обеспечивает
их правильное действие при трехфазных и двух-
фазных замыканиях. Для .защит от замыканий
на землю пусковые органы включаются на од-
ноименные линейные токи и фазные напряже-
ния, как омметры по фиг. IV, 26. При исполь-
зовании общих омметров для пуска защиты
при замыканиях между фазами и на землю про-
изводится автоматическое переключение це-
пей напряжения с междуфазных на фазные
(фиг. IV, 63). При этом для обеспечения пра-
вильной работы органов при замыканиях на
землю, когда к ним подводятся пониженные
напряжения, обмотки напряжения их включа-
ются через автотрансформаторы напряжения,
1ба
Фиг. IV, 63. Использование общего
импедансного пуска при замыка-
ниях между фазами и замыканиях
на землю.
повышающие фазные напряжения до линейных,
т. е. в "|/3 раз.
Реактансные омметры, включенные, например, на
разность линейных токов и линейные напряжения, при
замыканиях между двумя фазами (например, В и С) мо-
гут давать на отстающей фазе С нежелательный пре-
уменьшенный замер. В связи с этим следовало бы запу-
скать в работу только одну опережающую поврежденную
фазу. Однако даже импедансные пусковые органы этого
обеспечить не могут. К реле минимального импеданса от-
стающей фазы С подводится, правда, большое напряже-
ние (Uqa > ^вс Фиг» IV, 64), но через токовую обмотку
реле протекает пол-
ный ток повреждения *
с и поэтому оно мо-
жет иногда сработать,
как2и на правильно
v«=
uраб mm
(IV, 53)
Практически это обычно составляет (65 -г-75) % пном.
Характеристика трогания рассматриваемого пуска
изображается в осях z, ip (кривая 4, фиг. IV, 60). Под 2^ т
при этом понимается отношение
р. т
, где i — линей-
ный ток. По сравнению с зависимой характеристикой ре-
ле минимального импеданса (кривая 2) данный пуск имеет
следующие недостатки:
1) не действует при][болыних сверхтоках, не соиро-
/гъ^На защиту
к фазе В.
V~V 1 от замык. на залило
К фазе С
Н фазе А
Фиг. IV,65. Блокировка, обеспечивающая
оставление в работе при замыканиях между
двумя фазами одной опережающей фазы.
действующей фазе В. Поэтому в схемах реактансных за-
щит иногда применялись специальные блокировки, даю-
щие возможность работать только опережающей повреж-
денной фазе (фиг. IV, 65). При этом схемы выполняются
так, что при работе только одного пускового органа
опережающей поврежденной фазы они также действуют
правильно. Необходимость этих блокировок эксплоатацией
не подтверждена и поэтому в настоящее время^ их счи-
тают возможным не осуществлять.
Основным достоинством пускового органа минималь-
ного импеданса по сравнению с токовым является его
большая чувствительность. Это позволяет выполнять за-
щиты, действующие при токах меньше максимального ра-
бочего. Малые значения токов короткого замыкания
имеют обычно место в сетях напряжением НО kV и выше,
для реактансных защит которых, как правило, и приме-
няется импедансный пуск.
Пусковой орган минимального напряжения. Осуще-
ствляется мгновенными реле максимального тока и ми-
нимального напряжения, соединенными последовательно
(фиг. IV, 66). z* m токового реле для междуфазного пуска
выбирается как и для пусковых органов минимального
импеданса. К реле напряжения, например, фазы А под-
водится напряжение £/дв» как и ПРИ импедансном пуске.
Для пуска при замыканиях на землю реле тока включа-
ется на ток 3/0. В этом случае его ip%m должен выби-
раться больше максимального значения 1нб. Реле напря-
жения включаются при этом на фазные напряжения. На-
пряжение трогания реле минимального напряжения для
предотвращения действия при минимальных рабочих на-
пряжениях и надежного возврата в исходное положение
>лосле отключения короткого замыкания вне защищаемой
зоны выбирается по формуле:
Фиг. IV,66. Пусковой ор-
ган минимального напря- фиг lVfi7% пусковой
жения# орган диференциального
напряжения.
вождающихся значительной посадкой напряжения (кривая
zp. m ПРИ любых токах i лежит ниже граб);
2) может отказать в действии при больших значениях
тока короткого замыкания, обусловливающих остаточные
напряжения, близкие к нормальным (за счет отказа в дей-
ствии реле минимального напряжения);
3) обладает излишне большой чувствительностью при
малых токах короткого замыкания, что может привести
к неправильному действию защиты под влиянием оста-
точных токов нагрузки (см. выше об импедансном пуске);
4) действует более медленно при небольших пониже-
ниях напряжения. Поэтому для дистанционных защит
пуск минимального напряжения, как правило, не реко-
мендуется; однако он широко применяется в некоторых
других защитах, например, поперечных диференциаль-
ных (гл. V), где некоторые из его свойств являются как
раз весьма желательными.
Пусковой орган диференциального напряжения.
Осуществляется мгновенными диференциальными реле
напряжения. Конструкция их подобна реле сопротивления
(см., например, фиг. IV, 8). Разница заключается лишь
в том, что к обмоткам обоих электромагнитов подаются
напряжения. Реле срабатывает в том случае, когда на-
пряжение на одной из обмоток (тормозной) становится
меньше, чем на другой (рабочей). Очевидно, что пуск не
пригоден для трехфазных замыканий, когда все три оста-
точных напряжения оказываются примерно одинаковыми.
Поэтому он применяется только для пуска омметров при
замыканиях на землю и включается на фазные напряже-
ния данной фазы и отстающей от нее на 120° (фиг. IV, 67).
Данный пуск в некоторых случаях обеспечивает боль-
шую чувствительность, чем реле минимального импе-
данса. Это может быть в системах с наглухо заземлен-
ными нулевыми точками, по неповрежденным фазам ли-
ний которых при замыканиях на землю протекают боль-
шие токи. Пуск минимального импеданса от них необхо-
димо отстраивать. Принимая, однако, во внимание, что
в большинстве случаев импедансный пуск дает лучшие
результаты и используется также при междуфазных за-
мыканиях, на практике диференциальный пуск применяет-
ся редко.
14. ОРГАНЫ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Органы направления мощности в дистан-
ционной защите выполняются, как правило, в
виде отдельных реле направления. Они имеют
164
Фиг. IV,68.
значение разрешать действие только тем
комплектам защиты, через которые в момент
повреждения мощность направлена от шин в
линию. Таким образом их функции совпадают
с теми, которые имеют реле направления в
рассмотренной выше максимальной
токовой направленной защите
(гл. III). Поэтому требования, предъ-
являемые к органам направления
мощности дистанционных защит и
схемам их включения, остаются те
же, что и для максимальных токо-
вых направленных защит.
Первая ступень дистанционных защит
выполняется мгновеннодействующей. Ее
время определяется только собственным
временем действия отдельных элементов,
входящих в схему, и в частности может
зависеть от времени работы реле напра-
вления. Поэтому в тех случаях, когда соб-
ственное время действия реле направления
с нормально разомкнутым контактом ве-
лико, часто переходят на использование
контактов, нормально замкнутых под вли-
янием удерживающей катушки напряжения
(см. гл. III, § 13). При этом время действия
защиты становится практически не завися-
щим от собственного времени действия
реле направления.
В защитах реактансного типа предста-
вляется в некоторых случаях возможным
использовать в качестве органа направле-
ния мощности омметр, если он действует ПРИ отрица-
тельных реактансах [Up*sin Z. фр> /р)<0] (контакты
не дают замкнутой цепи на отключение). Недостатками
такого использования обычно являются: наличие мертвых
зон при всех видах повреждений, нечеткая работа защиты
за счет погрешностей в тех случаях, когда угол между
током и напряжением на зажимах реле близок к 0°
(при <рр>0 замер' положителен, при «р^ < 0 замер отри-
цателен). Поэтому рассмотренный способ выбора направ-
ления мощности в настоящее время распространения не
имеет.
15. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДИСТАНЦИОННЫХ
ЗАЩИТ
Конкретное выполнение схем дистанционных защит
зависит от целого ряда данных: типов применяемых реле,
с .чем конфигурации и коммутации защищаемой сети,
режима заземления нулевых точек системы, требований,
обусловленных устойчивостью системы, и т. д Ниже в
качестве примеров рассматриваются две схемы, выпол-
ненные на оборудовании ХЭМЗ [Л. 8].
1) импедансная защита от всех видов многофазных
замыканий, предназначенная к установке на линиях с
двухсторонним питанием в системах с малым током одно-
фазного замыкания на землю;
2) реактансная защита от замыканий между фазами,
предназначенная к установке на линиях с двухсторонним
питанием в системах, не подверженных качаниям, с наг-
лухо заземленными нулевыми точками.
Схемы для простоты рассмотрения взяты в трехфаз-
ном выполнении. В целях упрощения на фигурах при-
водится защита, установленная только на одной фазе Л.
Импедансная защита (фиг. IV, 68 и фиг. IV, 68').
Защита имеет следующее выполнение. Пусковой орган
максимального тока / осуществлен посредством реле
тока типа ЭТ-60, включенного на линейный ток. Орган
направления мощности 2 выполнен в виде однофазного
реле направления типа ИМ-142, реагирующего на мощ-
ность Рр —ир-ip-cos (<?р +45°).
Реле включено по девяностоградусной схеме: /д со-
четается с С/вс* Для устранения влияния на время дей-
ствия защиты собственного времени реле направления
использован его нормально замкнутый контакт, который
Принципиальная схема импедансной зашиты для системы
с малыми токами замыкания на землю.
Фиг. IV.68'. Развертка постоянного тока для схемы
фиг. IV, 68.
165
удерживается в замкнутом положении при нормальной
работе под влиянием удерживающей катушки напряже-
ния, включенной на {/дд.
Омметр выполнен посредством двух реле максималь-
ного импеданса 3 и 4 типа ИИ-120, имеющих нормально
замкнутые контакты. Омметр 3 используется для первой
ступени, а омметр 4 для второй ступени защиты. При
замыканиях между фазами к обмоткам напряжения ом-
метра подводится UAg. При двойных замыканиях на
землю, сопровождающихся появлением тока /0, в месте
установки защиты к омметру подводится фазное напря-
жение. Это осуществляется посредством реле максималь-
ного тока 5 типа ЭТ-60, включенного на фильтр токов
нулевой последовательности, и приводимого им в дейст-
вие многоконтактного промежуточного реле 6. При за-
мыканиях между фазами под током находится только одна
из двух обмоток реле ИИ-120, включенная на линейный
ток. При двойных Замыканиях на землю, сопровождаю-
щихся появлением в схеме защиты тока /0, под током
оказываются также вторые обмотки реле ИИ-120. Через
них замыкается 'З/о, трансформированный автотрансфор-
матором тока 7. пт автотрансформатора выбирается сог-
ласно (IV, 33). Таким образом схема имеет токовую ком-
пенсацию. Для того чтобы замер при двойных замыка-
ниях на землю, сопровождающихся появлением 1q, а сле-
довательно, и действием токовой компенсации, сделать
примерно равным замерам при замыканиях между фазами,
к омметру при 1<ьф0 подводится фазное напряжение,
увеличенное в \/^ раз автотрансформатором 8. В резуль-
тате принятая схема обеспечивает следующие замеры:
три замыканиях между тремя фазами г^ =--^ • \/3 Zyl,
при замыканиях между двумя фазами ^=S^TL* 2 • Z\l,
при двойном замыкании на землю с 1офО А1,1* =
~ пн IA + k3i0 ~ nH-J>/Szil-
Орган направления 9, включенный на фильтр мощ-
ности нулевой последовательности, предназначен для
обеспечения отключения только одного места поврежде-
ния при двойных замыканиях на землю — участка с опе-
режающей поврежденной фазой. На участке с отстающей
поврежденной фазой реле 9 при 7в ф 0 размыкает свои
контакты и выводит защиту из действия снятием с нее
плюса постоянного тока. Реле направления 9 принято
типа ИМ-142, реагирующего на up-ip CGsyp. Его контакты
нормально замкнуты под влиянием удерживающей обмотки,
включенной на одно из фазных напряжений (напряже-
ние (Уд).
Элемент времени органа выдержки времени осуще-
ствлен посредством отдельного реле времени 10 типа
ЭВ-187. В схеме использованы все три контакта указан-
ного реле. Через верхний (так называемый мгновенный)
контакт с выдержкой времени (0,1 ч- 0,2) сек. подается
напряжение оперативного тока на первую и вторую
ступень защиты. Указанная задержка во времени дейст-
вия защиты имеет назначение: а) дать возможность оммет-
рам защит, установленных на неповрежденных участках,
. разомкнуть свои контакты прежде, чем будет подан им-
пульс на цепь отключения; б) обеспечить действие бло-
кировки при двойных замыканиях на землю (размыкание
контактов реле 9) на отстающей поврежденной фазе,
прежде чем пройдет импульс на цепь отключения. Сред-
ним (так называемым скользящим) контактом создается
выдержка времени второй ступени; нижним — выдержка
времени третьей ступени. Скользящий контакт замыкает-
ся кратковременно. Поэтому он действует на выходное
промежуточное реле /7, работающее по схеме на'прили-
пание, подашш на свою обмотку напряжение через верх-
ние контакты; с реле 11 снимается напряжение и оно
возвращается в исходное положение только после раз-
мыкания контактов пусковым органом /. Через реле 11
166
защита действует также при работе первой и третьей
ступеней. Это необходимо ввиду недостаточной мощности
контактов реле времени и максимального импеданса для
непосредственного действия на отключающую катушку
выключателя.
Промежуточное реле 12 служит для фиксации мгно-
венного замера импеданса во второй зоне (фиксация за-
мера в первой зоне осуществляется попутно промежу-
точным реле 11, работающим на прилипание). При невоз-
можности осуществления мгновенного замера во второй
зоне реле 12 из схемы исключается.
Промежуточное реле 13 служит для подвода к оммет-
ру напряжения и разделения цепей постоянного тока.
В заключение необходимо отметить, что реле и аппа-
раты 5, 6, 7, 9, 10, 11 и 12 являются общими для трех
фаз. При этом для обеспечения надежной работы защиты
при переходах одного вида повреждения в другой в ра-
бочей схеме вводится еще приспособление, всегда под-
водящее напряжения к омметрам всех трех фаз. Это
достигается посредством многоконтактных реле 13 типа
ЭП-400, дополнительно подающих напряжение на соот-
ветствующие отстающие фазы (на схеме это не показано).
Действие схемы рассматриваемой импедансной защиты
сводится к следующему:
а) Междуфазное замыкание в защищае-
мой зоне. Работает пусковой орган /, размыкая нижние
контакты и замыкая верхние. Удерживание с реле направ-
ления 2 снимается, но оно оставляет свой контакт замк-
нутым, так как ток повреждения направлен от шин в
линию. Работает промежуточное реле 13, подавая нижним
контактом минус на реле времени 10 и верхним контак-
том линейное напряжение на омметр. С выдержкой вре-
мени 0,1 -5- 0,2 сек. замыкается верхний контакт реле 10.
Если повреждение произошло в первой зоне, то контакты
реле 3 и 4 омметра остаются замкнутыми. Поэтому -+- от
реле 10 через средние контакты - реле 13 и контакты
реле 3 подается на выходное промежуточное реле //. При
повреждении во второй зоне омметр первой зоны 3 мгно-
венно размыкает свои контакты. Плюс от реле 10 по-
дается через контакты реле 13 и 4 на промежуточное
реле 12. Последнее, работая по схеме на прилипание,
фиксирует начальное значение импеданса, замеренного
омметром второй зоны 4. С выдержкой времени второй
ступени (1 —1,2 сек.) действует скользящий контакт
реле 10, Через него подается импульс на выходное реле 11
от реле 12. При повреждении в третьей зоне оба омме-
тра 3 и 4 размыкают свои контакты. В этом случае за-
щита работает как рассмотренная выше направленная
максимальная токовая; замыкается нижний контакт реле
времени 10, подавая -f- на выходное реле 11.
б) Междуфазное замыкание вне защища-
емой зоны. Ток повреждения направлен от линии к
шинам. Реле направления 2 размыкает свой контакт.
Оперативный ток на схему не подается и она не дейст-
вует.
в) Двойное замыкание на землю. Через за-
щиту протекает 1офО. В защищаемой зоне повреждена
опережающая фаза. Действует реле максимального тока 5.
Через его верхний, замыкающий контакт подается + на
промежуточное реле 6. Последнее переключает подводи-
мые к омметрам напряжения с линейных на фазные и
разрывает один из кондов, через которые'подается 4-на
защиту. Однако реле направления 9 оставляет свои кон-
такты замкнутыми как до снятия с него удерживания,
так и после этого. Через них подается оперативный ток
на защиту, и она работает как и при рассмотренном
выше случае междуфазного замыкания. При повреждении
в защищаемой зоне отстающей фазы защита выводится
из действия путем снятия с нее + размыкающими контак-
тами реле 6 и 9.
Работа защиты при двойных замыканиях на землю
контролируется блинкером 17. Выдержка времени, с ко-
торой работает защита, определяется по блинкерам 14,
15 и 16, установленным в каждой из трех ступеней.
Через блокировку Qfflcmfr
ющей фазы
- г
Фиг. IV.69. Принципиальная схама реактансной защиты от замыканий между фазами.
Реактансная защита (фиг. IV, 69 и IV, 69').
Защита осуществлена комбинированным дистан-
ционным реле / типа ИР-105 (входящие в него
реле на фиг. IV, 69 обведены пунктиром) и имеет
следующее выполнение.
Основным пусковым органом является реле
минимального импеданса ,1а типа ИИ-Ш, имею-
щее zp%m} зависимое от величины тока. Для
получения указанной зависимости токовая об-
мотка реле 1а включается на /д через промежу-
точный насыщающийся трансформатор тока 2а,
встроенный во вспомогатедьное устройство 2
типа ВУ-104/1. Обмотка напряжения пускового
органа включается на иАВ через промежуточный
автотрансформатор напряжения 3 типа ВУ-104/2.
Последний служит для регулирования характе-
ристики zptfn=f (ip);tp.mmm~ 1 А.
Вспомогательным пусковым органом являет-
ся реле максимального тока 4, включенное на
1д —/д, как и токовая цепь омметра. Основное
назначение реле 4 сводится к блокированию
защиты при /д — (в<10 А, когда погрешности ом-
метра ИР-105 начинают превосходить допустимые
пределы. Таким образом токовая блокировка
применяется вследствие несовершенной работы
реле ИР-105 при малых токах повреждения.
Орган направления мощности 5 выполнен
однофазным реле направления типа ИМ-142,
включенным по девяностоградусной схеме. Как
и в схеме импедансной защиты, использован его
нормально замкнутый контакт.
Омметр выполнен одним реле максимального реак-
танса 16, имеющим нормально замкнутый контакт. Ис-
пользование омметра для первой и второй зон защиты
осуществляется автоматическим изменением его хр т. Это
достигается переключением обмотки напряжения омметра
контактами промежуточного реле 1в на другие ответ-
вления добавочного автотрансформатора напряжения
Фиг. IV,69',
Развертка постоянного тока для схемы фиг. IV, 69'.
приблизительно одина-
видах замыкании между
ковый замер реактанса
фазами
1г.
Включение омметра на lA — iB ( к одной обмотке подво-
дится /A и к другой iB) и иАВ обеспечивает при всех
В качестве элемента времени органа выдержки вре-
мени служит реле времени 1д типа ЭВ-187. Через его верх-
ний контакт, работающий с выдержкой времени 0,1-*-0,2
сек., подается напряжение на промежуточное реле 1в, про-
изводящее переключение цепи напряжения ^омметра. Поэ-
тому при повреждении в первой зоне за указанное выше
167
время должно успеть сработать на прилипание проме-
жуточное реле 1е, фиксирующее действие защиты. Для
ускорения действия реле 1е включено по схеме с форси-
ровкой. Ее сущность сводится к следующему. Реле вы-
бирается на номинальное напряжение, меньшее номиналь-
ного напряжения оперативного тока. Последовательно с
его обмоткой включается добавочное активное сопротив-
ление 1ж, обеспечивающее более быстрое нарастание
тока в обмотке реле после ее включения под напряжение.
Оба указанных мероприятия уменьшают собственное
время действия реле. Средний скользящий контакт реле
времени служит для создания выдержки времени второй
ступени. Ее величина вне зависимости от ступени М,
принятой при подборе характеристик, не может быть
меньше примерно 1 сек. Указанное время обусловливается
большим собственным временем возврата контакта ом-*
метра 16 в исходное положение после изменения его хр т.
Нижним контактом создается выдержка времени третьей
ступени.
Реле максимального^ тока 6, включенное на фильтр
токов нулевой последовательности, служит для выведе-
ния защиты из дейстрия при замыканиях на землю пос-
редством промежуточного реле 7. Такая блокировка в
ряде случаев бывает необходима, так как при замыканиях
на землю междуфазные реактансные защиты неповреж-
денных фаз могут работать неправильно, если подейст-
вует их пусковой орган. Это вызывается тем, что замеры
реактансов омметрами и выбор направления органами
направления мощности в неповрежденных фазах бывают
неправильными.
Промежуточное реле 8 является выходным, общим
для трех фаз защиты. Его собственное время дает воз-
можность своевременно срабатывать внутренним блоки-
ровкам защиты. Кроме того оно облегчает работу кон-
тактов основных реле схемы, не рассчитанных для непо-
средственного действия на выключатель.
Назначение промежуточного трансформатора тока и
конденсатора, встроенных в устройство 2 и включаемых
в цепь напряжения омметра, рассмотрено выше (см.
гл. IV, § 5).
Необходимо отметить, что на схеме не показана
блокировка отстающей фазы при замыканиях между двумя
фазами. Возможный вариант ее выполнения — см.
фиг. IV, 65.
Действие схемы реактансной защиты сводится к сле-
дующему.
а) Замыкание между фазами в защища-
емой зоне, Работают пусковой орган минимального
импеданса 1а и блокировочное реле 4, замыкая свои
верхние контакты и размыкая нижние. Нижним контактом
реле 4 снимается удерживание с реле направления 5;
однако оно оставляет свои контакты замкнутыми, так как
ток повреждения направлен от шин в линию. Размыка-
нием контакта реле 1а подается напряжение на обмотку
напряжения омметра 16. Если повреждение произошло
в первой зоне защиты, омметр оставляет свои контакты
замкнутыми. Импульс постоянного тока подается через
реле 1а, 49 5, 7, 1в, 16 на промежуточное реле 1е. Пос-
леднее прилипает, и защита действует через выходное
реле в. При повреждении во второй зоне контакты ом-
метра мгновенно после подачи на него напряжения раз-
мыкаются с выдержкой времени 0,1 -г- 0,2 сек.; мгновен-
ный контакт реле времени действует на промежуточное
реле /е. Последнее переключает обмотку напряжения ом-
метра на другие ответвления автотрансформатора 1г. Реак-
танс трогания омметра увеличивается и он вновь замы-
кает свои контакты. С выдержкой времени второй ступе-
ни срабатывает, скользящий контакт реле 1д, подавая
плюс через реле 16 на промежуточное реле 1е. Защита
действует. При повреждении в третьей зоне, несмотря на
изменение реактанса трогания, омметр контактов не за-
мыкает. Защита работает подобно направленной макси-
мальной токовой с выдержкой времени третьей ступени,
даваемой нижним контактом реле 1д.
б) Междуфазное замыкание вне з а щ и- |
щаемой зоны. Реле направления 5 размыкает свой i
контакт. Оперативный ток на защиту не подается и она j
не действует.
в) Замыкание на землю в защищаемой;
зоне или вне ее. Действует реле максимального то- е
ка 5, снимая посредством реле 7 оперативный ток со >
схемы. Защита не срабатывает. '
Работа защиты в целом контролируется блинкером 9.,
Выдержка времени действия защиты определяется по!
блинкерам 1з, 1и, 1к, включенным в каждую из ступеней
схемы.
Выше были приведены схемы только для одной фазы, |
причем для реактансной защиты только в части защиты '
от замыканий между фазами. Не были приведены также '
некоторые блокировки, например, блокировки, предот-
вращающие неправильное действие защит при качаниях. ;
Однако на оснований рассмотрения только данных схем
можно притти к выводу, что нормальные трехфазные
дистанционные защиты весьма сложны и требуют для |
своего осуществления очень большого количества релей- i
ного оборудования. Поэтому в последнее время ведется
работа в направлении применения разного рода упрощен-
ных схем, принципы построения которых были рассмот-
рены выше.
16. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕПРА-
ВИЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
ПРИ НАРУШЕНИЯХ ЦЕПЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
При исчезновении напряжений, подводимых
от измерительных трансформаторов напряже-
ния, или искажении их векторной диаграммы
дистанционная защита может неправильно по-
действовать. Так, например, при значительном
понижении напряжения на зажимах реактансной
защиты, имеющей импедансный пусковой орган,
последний подействует, так как имеет ip.m мень-
ше рабочего тока. В результате этого непра-
вильно сработает с выдержкой времени одной
из ступеней и вся дистанционная защита, про-
изводя отключение неповрежденной линии.
Основными причинами, вызывающими исчез-
новение напряжений или искажение их вектор-
ной диаграммы при нормальной работе защи-
щаемой системы, являются:
1) перегорание или обрыв цепи предохра-
нителей, установленных на стороне низкого
или высокого напряжения измерительных транс-
форматоров напряжения;
2) нарушение цепей ййзкого напряжения на
вспомогательных контактах разъединителей,
через которые они обычно заводятся, при на-
личии двойной системы шин и соответственно
двух групп трансформаторов напряжения;
3) нарушение цепей на клеммных сборках,
в соединительных проводах и т. д.
В результате приходится считаться с нару-
шением цепей в одной, двух и трех фазах.
Для систем напряжением 110 kV и выше
практически все возможные места нарушений
цепей напряжений расположены на вторичной
стороне трансформаторов, так как предохра-
нители на их стороне высокого напряжения
не устанавливаются. В системах напряжением
168
35 kV и ниже приходится также учитывать
нарушение цепей со стороны высокого напря-
жения.
К устройствам, контролирующим состояние
цепей напряжения защит, предъявляются сле-
дующие основные требования:
1. Достаточно высокая чувствительность,
обеспечивающая надежное действие устрой-
ства при всех основных опасных для защит
случаях нарушения цепей.
2. Автоматическое выведение из действия
тех защит, которые при нарушении цепей
действуют неправильно, даже при нормальной
работе защищаемой системы; время действия
устройства должно быть при этом меньше
времени действия защиты. Автоматическое вы-
ведение из действия или только сигнализация
для защит, которые могут неправильно подей-
ствовать только при нарушении нор-
мального режима работы в защища-
емой системе; быстрота действия
устройства при этом необязательна.
трансформатора напряжения. Автомат имеет
нормально замкнутые контакты,, через которые
заведена цепь оперативного тока защиты. При
коротком замыкании во вторичных цепях на-
пряжения автомат срабатывает и снимает по-
стоянный ток с защиты, прежде чем она
успеет подать отключающий импульс. Авто-
маты должны иметь надежные вспомогатель-
ные контакты. Принципиальным недостатком
данного устройства является то, что оно не
может выводить защиту из действия при обры-
вах во вторичных цепях.
Схема на фиг. IV, 72 осуществлена специальным реле
минимального напряжения, реагирующим на площадь тре-
угольника линейных напряжений. Принципиальная схема
такого реле индукционного типа приведена на фиг. IV, 73,
К одной из обмоток подводится UACy к другой — ивс~
Вращающий момент всякой индукционной системы Мвр =
= £Фд-Фя^8ш(Фл, Фв). Заменяя Фл и Фв примерно про-
А порциональными им UAc и &вс> а
ш^ также принимая во внимание, что
^(фл> ®b)~^(Uac>Ubc) (Для выравни-
сигнал
Вторичи. Оредохранит,
оам.тр'ро.
Неттдые
лампы
Фиг. IV, 70. Устройство для контроля
исправности цепей напряжения по-
средством неоновых ламп.
к схеме
защиты
Кшпям нал&ишш
защиты
Фиг. IV, 71. Устройство для
контроля исправности цепей
напряжения посредством авто-
мата, снабженного вспомога-
тельными контактами
Фил IV, 72. Устройство для кон-
троля цепей напряжения посредствен
реле минимального напряжения*
реагирующего на площадь тре-
угольника линейных напряжений.
3. Нереагирование на искажение напряже-
ний, обусловленное возникновением поврежде-
ний в защищаемой системе. Это требование
относится к устройствам, автоматически выво-
дящим из работы защиты, действующие при
нарушении цепей немедленно.
Существующие в настоящее время схемы
устройств основаны на контроле напряжений,
подводимых к зажимам защиты. Основные типы
их приведены на фиг. IV, 70, IV, 71, IV, 72
и IV, 74.
Схема на фиг. IV, 70 содержит три неоно-
вые лампы, включенные на линейные напряже-
ния. При нарушении цепей соответствующие
лампы потухают. Для удовлетворительного
действия схемы должны подбираться лампы с
высоким напряжением потухания. Схема дает
только оптический контроль наличия напря-
жения.
Схема на фиг, IV, 71 содержит максималь-
ный автомат, заменяющий плавкие предохра-
нители во вторичной цепи измерительного
вания этих углов используются также гдоб), получим
Мвр = k • UАС • UBC. sin ^ (UAC, UBC). Площадь тре-
угольника линейных напряжений S = 0,5 и Aq • иВсХ
Xsm^(UACi UBc)> Поэтому окончательно будем иметь,
что Мвр = k" • 5. При обрыве одной из фаз площадь тре-
угольника напряжений значительно уменьшается, при об-
рыве двух и трех фаз делается равной нулю и реле сраба-
тывает. По своей чувствительности данная схема является
одной из наилучших. Однако она может быть рекомендо-
вана только для сигнализации или замедленного автома-
тического выведения из действия с временем, большим
максимального времени действия защиты. Для быстрого
автоматического выведения из действия защиты схема
непригодна, так как она реагирует на все изменения тре-
угольника напряжений, вызванные повреждениями в за-
щищаемой системе.
В- схеме на фиг. IV, 74 f оковое реле вклю-
чается через Ндоб на фильтр нулевой последо-
вательности.
Для этой же цели может быть использован
промежуточный трансформатор напряжения с
соединением обмоток звезда-разомкнутый
треугольник. При обрыве одной и двух фаз
схема обладает достаточной чувствительностью;
при обрыве трех фаз не действует. Может
169
-ппд/u»
Цю
Гдоб
Чес
К комплекту s-ты
от замык. меЖду
фазами
-Фиг. IV.73. Принцип действий реле напряжения,
реагирующего на площадь треугольника линей-.
ных напряжений.
.3 — принципиальная схема; б—упрощенная векторная диа-
грамма.
ыть использована для мгновенного выведения
междуфазных защит, так как при замыканиях
между фазами напряжение нулевой последова-
тельности отсутствует. Недействие схемы при
исчезновении напряжения в трех фазах для
защит, снабженных органами направления, име-
ющими разомкнутые контакты при отсутствии
напряжения, непосредственной опасности не
представляет: цепь оперативного тока будет
разорвана на их контактах. Однако в этом слу-
чае необходима установка дополнительного
«сигнального устройства.
В заключение необходимо отметить, что
установка устройств, автоматически блокиру-
ющих защиту, практически необходима только
для схем с пусковыми органами минимального
импеданса. Для защит, имеющих токовый пуск
или хотя бы токовую блокировку (см., напри-
мер, фиг. IV, 69), в целях упрощения вполне
допустимо ограничиваться устройством звуко-
вой сигнализации.
Эксплоатационный опыт показал, что устройства
типа, изображенного на фиг. IV, 74, не всегда успевают
блокировать быстродействующие защиты. Это объяс-
няется в основном относительно медленным перегора-
вшем предохранителей при небольших кратностях токов
короткого замыкания во вторичных цепях. Такие неболь-
шие кратности могут иметь место при большой длине
вторичной цепи до релейного щита, выполненной кабе-
лем малого сечения, и при установке предохранителей
на значительные токи, например, при большой нагрузке
трансформаторов напряжения. В результате защита успе-
вает сработать быстрее, чем реле блокировки. Для устра-
нения этого недостатка предохранители заменяются бы-
стродействующими максимальными автоматами или со-
противления Р^Ъб выбираются неравной величины [Л. 9].
Б этом случае блокировка начинает действовать немед-
ленно по возникновении короткого замыкания еще до
того, как перегорели предохранители. 5
Наибольшее распространение из рассмот-
ренных схем получила в настоящее время бло-
кировка по фиг. IV, 74, дополняемая или уточ-
няемая в случае необходимости в соответствии
с приведенными выше данными.
Фиг. IV, 74. Устройство для контроля цепей напряжения,
осуществленное посредством реле тока, включенного на
фильтр нулевой последовательности.
17. ПОВЕДЕНИЕ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ КА-
ЧАНИЯХ И ВЫХОДЕ ИЗ СИНХРОНИЗМА ПАРАЛ-
ЛЕЛЬНО РАБОТАВШИХ СИНХРОННЫХ МАШИН
Возникновение качаний в системе или вы-
ход отдельных ее частей из синхронизма ха-
рактеризуются появлением в линиях уравни-
тельных токов. Их величины изменяются во
времени с определенной периодичностью, опре-
деляемой периодом качаний Т. Одновременно
' с током колеблются во времени и величины
напряжений в различных точках сети (см. гл. I,
§ Ю).
Для выяснения поведения при качаниях
дистанционной защиты должна быть рассмот-
рена работа отдельных реле системы. Поведе-
ние* при качаниях реле максимального тока
было рассмотрено в гл. II, § 17. Поэтому здесь
разбирается только работа импедансных реле,
используемых в качестве пусковых органов и
омметров, и работа реактансных омметров.
Импеданшое реле. Это реле реагирует на
вторичный фиктивный импеданс, равный отно-
шению напряжения и тока, подводимых к его
зажимам. Поэтому действие такого реле при
качаниях определяется отношением напряже-
ния и тока на защищаемой линии, изменяю-
щихся согласно фиг. 1,25 и 1,26. Примерная
зависимость zp от угла Ь между векторами
э. д. с. качающихся машин для точек М, N, W
линии приведена на фиг. IV, 75.
Минимальную величину zp имеет в точке,
называемой электрическим центром системы.
При углах 8, близких к 180°, в электрическом
центре (точка k) zp, как и напряжение, стано-
вится равным нулю. С удалением рассматри-
ваемой точки линии от электрического центра
возможные понижения импеданса в ней при
качаниях соответственно уменьшаются.
Импедансное реле действует в том случае,
если сопротивление на его зажимах понижает-
ся до величин, равных или меньших его zp. m.
Характеристики реле, имеющих постоянный
%р. пи не зависящий от ipy изображаются на
фиг. IV, 75 в виде прямых параллельных оси
абсцисс. Принимая в качестве частного случая
импедансы трогания для реле, установленных
170
Фиг. IV, 75. Зависимость импеданса на зажимах реле от
угла S при качаниях.
в точках А1, W, Nj одинаковыми и равными
2>./я, можно сделать вывод, что при качаниях
будут приходить в действие только реле на
подстанции W.
Время ta, в течение которого мгновенное импеданс-
ное реле находится при качаниях в сработавшем состоя-
нии, определяется на основании кривой, выражающей
зависимость zp от времени (фиг. IV, 76). При собствен-
ном времени действия, рав'ном нулю, реле срабатывает в
момент t3, соответствующий zp = zp. m\ реле возращается
в исходное положение в момент tp, соответствующий
zp = zp. в- Таким образом ta=tp — t3. При собственном
времени срабатывания tcp и времени отхода tom соответ-
ственно получаем:
* а=== *р tcp *з + *onv
Если рассматриваемое импедансное реле является пуско-
вым органом, защита в течение каждого периода ока-
жется запускаемой на 'время ta. Если импедансное реле
представляет омметр органа выдержки времени, послед-
ний неправильно подействует при уставке *<*а.
Реактансное реле. Реактанс на зажимах реле
хр получается умножением zp на sin <pp. Полу-
чающиеся зависимости хр от угла Ь между
векторами качающихся машин для различных
точек элементарной сети даны на фиг. IV, 77.
Они верны для схем включения омметров
на фазные напряжения и линейные токи или
Фиг. IV, 76. Графическое определения времени, в течение
которого импедансное реле в продолжение цикла кача-
ний находится в сработавшем состоянии.
Ем 1MZ 3W* 5N6 Bff,
Ф @р Цй aja Q
ХР
V.
*,
V
\
V,
\
\
^х
Ч
м\
0°
^ёлер
Рёл&З
\Реле1
181
уо4^
N
я
V
N
7QO
\
Л
I
V
\j
I
V \
\|
I
&>
зео9
Фиг. IV, 77. Зависимость реактанса на зажимах реле от
угла 8 при качаниях.
линейные напряжения и разности линейных
токов. В других схемах за счет влияния sin cpp
может быть другой характер зависимости
хр от угла 5. Как следует из приведенной диа-
граммы, хр изменяются во всех точках сети в
весьма широких пределах, проходя через ну-
левые и отрицательные значения. Необходимо
учитывать, что большинство современных реак-
тансных органов выдержки времени (например,
рассмотренное выше реле ИР-105 ХЭМЗ,
фиг. IV, 12 и фиг. IV, 69) при отрицательных
величинах реактансов действуют так же, как
и при реактансах, равных нулю, т. е. со вре-
менем первой ступени.
4 171
Из этого следует, что реактансные реле
значительно более подвержены влиянию кача-
ний, чем импедансные. При действии пусковых
органов они могут вызвать одновременное не-
правильное действие защит в ряде даже весь-
ма удаленных друг от друга точек защищае-
мой сети.
Органы направления мощности, действующие
при направлении мощности от шин, также, оче-
видно, могут при качаниях срабатывать (более
подробно см. гл. VI, § 4).
Таким образом все органы, входящие в схе-
му дистанционной защиты, могут при качаниях
срабатывать одновременно, вызывая неправиль-
ное действие защиты в целом. Это подтвер-
ждается также опытом эксплоатации, в частно-
сти, реактансных защит. Последние, будучи
выполнены без специальных блокировок, пред-
отвращающих их неправильную работу, давали
при качаниях массовые неселективные отклю-
чения. Поэтому в настоящее время уделяется
большое внимание разработке устройств, пред-
отвращающих действие защит при качаниях.
18. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
НЕПРАВИЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТ ПРИ КАЧАНИЯХ
При рассмотрении мероприятий, предотвра-
щающих возможность неправильного действия
защит при качаниях, необходимо учитывать
следующее:
1) качания друг относительно друга парал-
лельно работающих синхронных машин возни-
кают обычно в результате короткого замыка-
ния в системе, при этом места короткого за-
мыкания могут быть расположены в точках,
весьма удаленных от линий, связывающих син-
хронные машины; поэтому пусковые органы
защит, установленных на этих линиях, могут
в момент возникновения короткого замыкания
даже не подействовать;
2) качания могут развиваться в процессе
еще неотключенного короткого замыкания, на-
чинаясь через весьма небольшое время после
его возникновения;
3) качания в системе возникают также вслед-
ствие нарушения статической устойчивости
при разного рода эксплоатационных отключе-
ниях и переключениях;
4) токи и напряжения при качаниях, проис-
ходящих после отключения короткого замыка-
ния, симметричны и содержат поэтому только
составляющие положительной последователь-
ности; отрицательные и нулевые составляющие
в токе и напряжении при качаниях появляются
только при наложении на них несимметричных
повреждений.
Необходимость в специальных устройствах
(блокировках), предотвращающих неправильное
действие защит при качаниях, возникает толь-
172
ко в схемах, реагирующих на замыкания меж-
ду фазами. Схемы защит, действующие только
при замыканиях на землю, подобными устрой-
ствами, как правило, не снабжаются, потому
что пусковые органы таких защит реагируют
на ток нулевой последовательности и, следо-
вательно, не подвержены влиянию токов кача-
ний. Однако, если в процессе неотключенного
замыкания на землю возникнут качания, защи-
та может сработать неправильно.
Необходимость в блокировках ощущается
особенно остро для первых ступеней дистан-
ционных защит, работающих без выдержки
времени. Третьи ступени, имеющие выдержки
времени больше максимальных возможных
значений периода качаний (примерно 2 сек.),
блокировками не снабжаются. Менее опреде-
ленно решен вопрос относительно необходи-
мости блокировок для вторых ступеней, имею-
щих обычно время действия £2 = 1-н1,2 сек.
Часто они устанавливаются исходя из того,
что время t2 лежит в пределах одного пери-
ода качаний Т. Однако опыт эксплоатации не
подтверждает необходимости блокировок. Это
определяется в частности тем, что пусковые
органы защиты дают ей возможность действо-
вать только в течение времени t, составляю-
щего лишь часть периода Т (фиг. IV, 76).
В настоящее время предложен ряд блоки-
ровок, предназначенных для предотвращения
неправильного действия защит при качаниях.
Однако все они обладают теми или иными де-
фектами, не дающими возможности ввиду еще
недостаточной эксплоатационной проверки схем
считать даже наилучшие из них полностью
разрешившими поставленные задачи. Ниже рас-
смотрены принципы действия основных блоки-
ровок и отмечены лучшие из них, рекомендуе-
мые к применению.
Блокировка защиты при возвращении контактов
пускового органа после действия в исходное поло-
жение (фиг. IV, 78). При возникновении повреждения
действует пусковой орган 1 (например, реле максималь-
ного тока), замыкая свой контакт и подавая-)-на проме-
жуточное реле 2. Реле 2, действуя через свой нижний
замыкающий контакт, подает + на промежуточное реле о.
Последнее срабатывает и начинает само подавать -f- на
свою обмотку, фиксируя имевшее место действие пуско-
вого' органа. На промежуточное реле 4 при этом -j- не
подается, и оно не действует. При этом через верднии
нормально замкнутый контакт реле 4 подается постоян-
ный ток на защиту и она нормально функционирует. Пос-
ле отключения повреждения контакты реле 1 размыкают-
ся. Нижний контакт реле 2 занимает нормально замкну-
тое положение и подает через ранее замкнувшийся кон-
такт реле 3 плюс на реле 4. Последнее срабатывает и
самоблокируется. Своим верхним контактом реле 4 сни-
мает постоянный ток с защиты, выводя ее из действия.
Если теперь после отключения короткого замыкания ь.
системе возникнут качания (фиг. I V,79)f защита срабо-
тать не сможет. После прекращения качаний или при
отсутствии их после отключения короткого замыкания
через верхний нормально замкнутый контакт реле 2 и
средний ранее замкнувшийся контакт реле 4 подается -\-
на реле времени 5. Последнее с выдержкой времени t5,
выбираемой примерно равной максимально возможному
периоду качаний Г, срабатывает, снимает —с реле^З, 4
и 4* с самого себя и возвращает таким образом схему
в исходное положение. В процессе качаний на реле 5
также периодически подается плюс при замыканиях верх-
них контактов реле 2. Однако реле 5 при этом не сра-
батывает и не вводит схему защиты в действие вне за-
висимости от того, какое время продолжаются качания,
так как время подачи на него плюса оказывается каждый
раз меньшим его времени действия и оно успевает воа-
вращаться в исходное положение.
При возникновении повреждения в момент качаний,
когда защита была заблокирована, длительно замыкаются
контакты реле / и 2. При этом к рел е времени 5 дли-
тельно подается -f- (по цепи, идущей от контакта реле 2
НащЩфщ
L
Н
Схема могла бы быть построена таким образом, что
защита выводится из действия на заранее установленное
время, превышающее максимальное время качанци, опас-
ных с точки зрения возможности ее неселективного дей-
ствия. Как правило, однако, более целесообразно выведе-
ние защиты на все время качаний вне зависимости от их
продолжительности. Для этого рассматриваемую блоки-
ровку приходится сочетать со схемой фиг. IV, 78, как это
и показано на фиг. IV, 80. При таком выполнении даль-
нейшее поведение рассматриваемой блокировки подобно
блокировке, действующей при Размыкании контактов пус-
кового органа после срабатывания (фиг. IV, 7Ь). неоохо-
димо отметить, что реле /-5 в обеих схемах вклю-
чены одинаковым образом. В результате защита. оказы-
вается заблокированной после действия устройства на все
время короткого замыкания, сколько бы оно ни продол-
жалось, так как реле 6 держит + снятым с защиты. Если
после отключения короткого замыкания в системе разо-
вьются качания, сопровождающиеся периодическим деист-
Фиг. IV, 78. Блокировка
защиты при воз-
вращении контактов пускового органа
после действия в исходное положение.
пунктиром) и оно срабатывает, восстанавливая действие
схемы через время, не превышающее времени его устав- '
ки. Для надежного действия схемы/особенно при малых
периодах качаний, когда контакты пускового органа мо-
гут размыкаться на весьма малые времена/ необходимо
иметь специально подобранные с точки зрения времен
действия реле. В частности реле 4 должно иметь очень
малое время действия, чтобы успевать самоблокироваться.
Из изложенного следует, что схема блокирует защи-
ту при качаниях, развивающихся после отключения ко-
роткого замыкания. Она имеет следующие основные не-
достатки:
1) не действует при качаниях, развивающихся в про-
цессе неотключенного короткого замыкания, так как пус-
ковой орган, как правило, не размыкает при этом своих
контактов;
2) не действует в первом цикле качаний, вызванных
нарушением статической устойчивости системы, так как
пусковой орган сможет разомкнуть свои замкнувшиеся
контакты только в конце цикла;
3) не действует блокировка ввода защиты, если
в процессе качаний пусковой орган держит свои контак-
ты замкнутыми больше одного периода качаний за счет
того, что, например, при токовом пуске ip.e<iPm\n (при
наличии пунктирной части схемы).
В связи с перечисленными недостатками данная схе-
ма, взятая в отдельности, не может рассматриваться как
удовлетворительная. Поэтому она применяется только в
сочетании с некоторыми другими, рассмотренными ниже
устройствами.
Блокировка защиты через время, достаточное для
ее срабатывания (фиг. IV, 80). При возникновении по-
вреждения работает пусковой орган /, замыкая свой кон-
такт. Через последний подается + на реле временив,
имеющее выдержку времени, несколько большую, чем
максимальное время действия блокируемой защиты (на-
пример, первой ступени реактансной защиты). Сработав-
шее реле £ снимает постоянный ток с защиты, т. е. вы-
водит ее из действия.
ijnax
Фиг. IV, 79. Диаграмма качаний, возникших в системеГпо-
еле отключения короткого замыкания.
эр*
На защиту
4-^У]
(блокировка
при бозбрата
пускодь/х
оргаисЗ)
Фиг. IV, 80. Блокировка защиты через время, достаточное
для ее срабатывания.
вием контактной системы пускового органа, защита бу-
дет оставаться также заблокированной через реле 4. Она
вводится в работу только после возвращения контактов
пускового органа / на длительное время в исходное по-
ложение или их замыкания на время, большее, чем пе-
риод качаний. Соответствующее время контролируется
при этом с помощью реле времени 5, имеющего выдерж-
ку времени t5, примерно равную максимальному периоду
качаний Гтах.
Минус на реле времени 6 подается через нормально
замкнутый контакт промежуточного реле 4. Поэтому пос-
ле срабатывания и залипания последнего при качания* в
системе реле 6 возвращается в исходное положение. Та-
кое выполнение суемы дает возможность защите дейст-
вовать при коротких замыканиях, возникших при качани-
ях в системе. При жестком подводе минуса к реле вре-
мени б в случае указанного короткого замыкания даже
после срабатывания реле 5 защита не могла бы действо-
173
вать, так как к этому моменту она была бы уже вновь
заблокирована посредством реле 6.
Рассматриваемое устройство имеет следующие основ-
ные недостатки:
1) ненадежно работает при качаниях, вызванных на-
рушением статической устойчивости системы, так как
блокирует защиту через время, большее, чем ее время
срабатывания. Защита при этом может успеть неселектив-
но подействовать;
2) ненадежно действует при качаниях, развивающих-
ся в процессе неотключенного короткого замыкания, если
имеет значительную выдержку времени; это имеет место
при большом собственном времени действия блокируемой
защиты
Качество блокировки возрастает с уменьшением соб-
ственного времени действия защиты, поэтому схема, не-
На защипу
Фиг. IV, 81. Блокиров-
ка защиты, основан-
ная на различном
характере изменения
электрических вели-
чин в момент насту-
пления короткого за-
мыкания и качаний.
При к. з.
При качан
Момент возникнод.
/f. j. или качании
Ч
мыкают свои контакты и подают + через них и нормаль-
но замкнутый контакт промежуточного реле 3 на защиту.
Таким образом в этом случае защита может нормально
функционировать.
При появлении качаний, вызванных нарушением ста-
тической устойчивости системы, в первую очередь сра-
батывает реле /, имеющее меньший /„ т 9 чем реле 2
(фиг. IV, 85). Постоянный ток подается тогда через остав-
шийся еще замкнутым верхний контакт реле 2 на про-
межуточное реле 3. Последнее действует, разрывая ниж-
ним контактом цепь постоянного тока, идущую к защите,
и самоблокируясь через свой верхний контакт. При даль-
нейшем возрастании тока качаний срабатывает реле 2, с
током трогания ip m^ Однако постоянный ток на защиту
при этом не будет подан, так как его цепь была ранее
разорвана на контактах реле 3. Блокировка защиты пре-
кращается при возвращении контактов реле 1 в исход-
ное положение.
Ток трогания реле 1 должен выбираться больше мак-
симального рабочего тока защищаемой линии по форму-
ле ip. mis=-M-. ipadmax.
tig
Ток трогания реле 2 выбирается больше, чем у реле
Д на такую величину, при которой обеспечивается на-
дежная блокировка защиты в наиболее тяжелом случае*
За таковой следует принять качания с минимально воз-
можным периодом Гт1п> при котором защита может еще
успевать неправильно действовать (при периодах качаний,
меньших определенной величины, собственное время за-
щиты окажется относительно настолько большим, что она
не будет успевать
действовать). Для
того чтобы при этом
При начан.
При h.3.
Момент Возник, к. &
или качаний
иг, N,82. Изменение токов при
коротком замыкании и качаниях.
Момент возник. t
к.? или качаний
Фиг. IV, 83. Изменение напряжений Фиг. IV, 84. Изменение импедансов
при коротком замыкании и качаниях, при коротком замыкании и качаниях.
смотря на свои недостатки, может быть использована для
блокировки мгиовеннодействующих защит.
Однако такая объединенная блокировка, установлен
ная даже на быстродействующих защитах, обладает су-
щественными недостатками. Основным из них остается
случай ненадежного действия устройства при качаниях,
обусловленных нарушением статической устойчивости
системы или удаленными короткими замыканиями, не при-
ведшими в действие пусковой орган защиты.
Блокировка защиты, основанная на различном ха-
рактере изменения электрических величин в момент на-
ступления короткого замыкания и качаний (фиг. IV, 81).
При осуществлении данное блокировки используется
зажимах пуско-
то положение, что ир, ip и zp = —г- на
вых органов защиты по-разному изменяют свои величины
при возникновении повреждений и при появлении кача-
ний. При возникновении повреждения происходит мгно-
венное резкое изменение соответствующих электриче-
ских величин. При появлении качаний они изменяются
постепенно (фиг. IV, 82; IV, 83; IV, 84).
Схема блокировки действует следующим образом.
При возникновении повреждения ток повреждения ip пре-
вышает*^^ и ip%my реле максимального тока У ъ 2.
Поэтому они срабатывают практически одновременно, за-
Фиг. IV, 85. Графическое определение параметров реле
для блокировки по фиг. IV, 81.
успело подействовать промежуточное реле «5, время на;
чала работы реле 2 должно отстоять от времени начала4*
работы реле 1 на величину t = tB+tl3aM — t2pa3, где tB —
время действия реле 5, tl3aM — время действия реле 1 на
замыкание контактов при периоде качаний Tmin t2pa3 —
174
время действия реле 2 на размыкание верхнего контакта,
отнесенное также к Tmin.
Выбор параметров блокировки с реле минимального
импеданса производится на основании аналогичных сооб-
ражений.
Ценным свойством схемы является ее принципиально
надежная работа при качаниях, обусловленных наруше-
нием статической устойчивости системы. При указанном
виде качаний рассмотренные выше схемы правильно ра-
ботать не могли.
Однако наряду' с положительными свойствами схема
обладает следующими недостатками: '
1) не реагирует на качания, развивающиеся в про-
цессе неотключенного короткого замыкания;
2) загрубляет защиту, так как ее чувствительность
при возникновении повреждений определяется более
грубым дополнительным пусковым органом.
В связи с этим необходимо отметить, что приемле-
мые результаты получаются только при применении
быстродействующих пусковых органов, имеющих малое
время tl3aM и соответственно требующих меньшего за-
грубления защиты. В связи с этим иногда применяют
реле с нормально замкнутыми контактами (фиг. IV, 86).
Из изложенного следует, что рассматриваемая блоки-
ровка, взятая в отдельности, не обеспечиЕает надежного
предотвращения неправильного действия защит при ка-
чаниях. Более удовлетвори-
тельные результаты получают-
ся при объединении ее с бло-
кировкой, основанной на вы-
ведении защиты через время,
достаточное для ее срабатыва-
ния (фиг. IV, 80), так как по-
следняя в известной степени
устраняет первый из указанных
выше недостатков рассматри-
ваемой схемы. Однако получа-
ющаяся при этом блокировка
является весьма сложной. А т__ л„ л
Фиг. IV, 86. Вариант блокировки по
Блокировка, осно- фиг. IV, 81.
ванная на принципе пус-
ка защиты в действие при появлении слагаю-
щих отрицательной последовательности (фиг.
IV, 87) [Л. 10]. Блокировка включает защиту
в действие на время, равное времени действия
защиты, даже при весьма кратковременных
появлениях слагающих отрицательной после-
довательности. На основании имеющихся дан-
ных можно полагать, что практически все за-
мыкания на линиях (в том числе и трехфазные)
являются в начальный момент несимметричными.
Даже так называемые металлические трехфаз-
ные замыкания, возникающие при включении
под напряжение закороченных линий, можно
в начальный момент рассматривать как несим-
метричные благодаря неодновременному замы-
канию контактов выключателей. Кроме того
на вторичных зажимах устройств, устанавли-
вающих появление слагающих отрицательной
последовательности (фильтры отрицательной
последовательности), появляются кратковре-
менно напряжения за счет переходных про-
цессов в первичных и вторичных цепях защи-
ты. Таким образом рассматриваемая схема
обеспечивает включение защиты в действие
практически при всех возможных видах по-
вреждений.
При замыкании между тремя фазами од-
новременно действуют два пусковых органа:
реле /, представляющее собой нормальный
пусковой орган защиты или, лучше, отдельное
реле минимального напряжения, включенное на
одно из линейных напряжений, и реле 2, реа-
гирующее на ток или напряжение отрицатель-
ной последовательности (см. гл. IV, § 19). Реле 2
кратковременно размыкает свой нижний, нор-
мально замкнутый контакт. При этом проме-
жуточное реле 3 обесточивается, размыкает
свой нижний контакт и замыкает два верхних,
через один из которых подается + на
защиту, а через другой —на промежуточное
реле 4. Последнее, замыкая контакты, приво-
дит в действие реле времени 5 и самоблоки-
руется через контакт реле 7. Выдержка вре-
мени реле 5 устанавливается несколько боль-
ше максимального времени действия блокиру-
емой защиты. Реле 5 по истечении установ-
ленной на нем выдержки времени подает -J-
Ир зашить
Фиг. IV, 87. Блокировка, основанная на
принципе пуска, защиты в действие при
появлении слагающих отрицательной после*
довательности.
на реле 3; последнее замыкает нижний контакт,
подавая + на свою обмотку от реле 2 и та-
ким образом самоблокируясь. Размыкающиеся
верхние контакты реле 3 снимают + с защи-
ты. Таким образом защита вводится в работу
только на время действия реле 5. К моменту
отключения короткого замыкания контакты ре-
ле 4 оказываются всегда замкнутыми, так как
реле / находится в сработавшем состоянии в
течение всего времени отключения поврежде-
ния. В момент отключения повреждения одно-
временно с размыканием контактов реле / мо-
гут кратковременно разомкнуться и контакты
рел§, 2. Это может быть вызвано неодновремен-
ным разрывом тока в трех фазах выключателя
и появлением в результате этого слагающих
отрицательной последовательности. Однако
при этом реле 3 не4 обесточится и защита в
действие не включится, так как -f- на реле 3
будет надежно подаваться от реле 5. Для
надежности реле 4, питающее реле 5, выпол-
няется работающим на размыкание с некоторой
выдержкой времени. Вновь защита может быть
175
введена в действие только при новом появле-
нии слагающих отрицательной последователь-
ности. Поэтому на качания, сопровождающие
отключенное короткое замыкание, защита не
реагирует.
При несимметричных коротких замыканиях
схема работает подобным же образом. Разница
заключается лишь в том, что в течение всего
времени отключения повреждения реле 2 дер-
жит верхний контакт замкнутым, а нижний
разомкнутым. Верхний контакт реле 2 заменяет
таким образом при несимметричных поврежде-
ниях действие реле 7, которое может поэтому
работать произвольным образом. В момент
отключения короткого замыкания реле 2 раз-
мыкает свой верхний контакт и замыкает
нижний. Снятия при этом с реле 3 постоянного
тока и включения защиты не происходит, как
и при трехфазных замыканиях, благодаря на-
личию реле 4, работающего с задержкой на
размыкание контактов. В связи с этим в те-
чение всего времени перемыкания контактов
реле 2 -f- надежно подается на реле 3 от реле
времени 5. Последнее размыкает свой контакт
уже тогда, когда схема приняла нормальное
положение и реле 3 питается через нормально
замкнутый контакт реле 2.
От пускового реле 7 + подается на Ьроме-
жуточное реле 4 через нормальцо разомкнутые
контакты последнего. Это делается для обес-
печения действия защиты при повреждениях,
возникающих' в процессе качаний. При отсут-
ствии такого устройства реле / при качаниях
могло сработать и через реле 4 привести в
действие реле времени 5, через которое будет
подан-|-на реле 3. Если теперь произойдет
короткое замыкание и сработает реле отрица-
тельной последовательности 2, оно не сможет
снять напряжение с обмотки 3 и таким образом
постоянный ток на защиту подан не будет.
Недостатками данной схемы являются сле-
дующие:
1) возможность неправильного действия
защиты за счет качаний, развившихся в началь-
ный момент повреждения до выведения схемы
из действия;
2) возможность неправильного действия
защиты при возникновении несимметричного
замыкания в процессе качаний, когда защита
будет вводиться в действие на время, несколько
большее времени ее срабатывания;
3) при осуществлении пуска блокировки от
напряжения отрицательной последовательности
защита может отказывать в действии при удален-
ных замыканиях или замыканиях через Rn (на-
пряжение отрицательной последовательности
уменьшается с удалением от места поврежде-
ния); осуществление пуска от тока отрицатель-
ной последовательности 72 несколько более
сложно с точки зрения выполнения совершен-
ие
ного фильтра и его включения: поэтому ауск
от /2 следует выполнять только в тех случаях,
когда чувствительность от U2 оказывается не-
достаточной.
Напряжение трогания реле / Up, m
Uраб min
При питании максимального реле 2 от фильт-
ра отрицательной последовательности его нап-
ряжение трогания следует выбирать по анало-
гичйой формуле, исходя из возможного макси-
мального значения напряжения небаланса на
фильтре иНбтм:
г 1 кн инб max
up.m* Ye •
Напряжение небаланса определяется неточ-
ностью работы фильтра и несимметрией напря-
жений в системе при отсутствии короткого
замыкания. Выдержка времени реле 5 выбира-
ется несколько большей максимального време-
ни действия защиты с учетом возможности ее
каскадного действия (если таковая имеется).
Последнее обстоятельство может значитель-
но ухудшать свойства блокировки.
Упрощение схемы [Л. 11], исключение из
нее пускового органа 1, загрубляющего устрой-
ство, может быть
достигнуто, если
выполнить схему
с выводом защи-
ты из действия
на определенное
время, большее
времени действия
защит в сети. При
этом в случае бы-
стро следующего
повторного меж-
дуфазного замы-
кания первая ступень защиты может отказать
(фиг. IV, 88).
Рассматриваемая схема, несмотря на некото-
рые недостатки, обладает рядом преимуществ
по сравнению с другими принципами блокиро-
вок от качаний. Имеющиеся экспериментальные
и эксплоатационные данные подтверждают
наличие соответствующего толчка напряжения
на зажимах фильтра отрицательной последова-
тельности практически при любых замыканиях.
Поэтому рассмотренную схему можно считать
одной из наилучших и рекомендовать ее к
применению.
19. ФИЛЬТРЫ НАПРЯЖЕНИЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Общее определение. Фильтрами напряже-
ния отрицательной последовательности
называются устройства, дающие на своих вторичных за-
жимах напряжения, пропорциональные слагающим отри-
цательной" последовательности напряжений, приложен-
ных к их первичным зажимам.
Фиг. IV, 88. Вариант блокировки
от качаний по фиг. IV, 87.
Ко вторичным зажимам фильтра могут присоединять-
ся приборы, измеряющие величины напряжений отрица-
тельной последовательности, или реле, реагирующие на
определенную величину последних.
Сочетание фильтров с реле называются схемами
фильтр-реле, которые используются, например, для вы-
полнения блокировок защит при качаниях, основанных
на появлении напряжений на вторичных зажимах фильт-
ров отрицательной последовательности практически при
любом виде коротких замыканий в сети (см. гл. IV, § 18).
Для осуществления фильтров принципиально могут
быть использованы как фазные, так и линейные напря-
жения системы. Практически схемы фильтров выполня-
ются,^ как правило, с использованием линейных напря-
жений. Линейные напряжения не содержат слагающих
нулевой последовательности; поэтому задачей фильтра
при использовании их является только исключение из
приложенных к первичным зажимам полных напряжений
слагающих положительной последовательности. В резуль-
тате такие фильтры получаются более простыми.
Выполнение возможных схем фильтров следует из
рассмотрения выражения для напряжения отрицательной
последовательности. Его величина, отнесенная, например,
к линейному напряжению Uab> имеет вид
^2=4" (Ум + a* Uвс + aUcA ), (IV.54)
где единичный вектор а = eJ 12°.
Три вектора линейных напряжений связаны между
собой соотношением
Uab + UBc + Uca = 0. (IV.55)
Принимая^ это во внимание, величину напряжения
отрицательной последовательности можно выразить толь-
ко через два из трех линейных напряжений, например,
через UAb и &гвс
U2 = -2^L( илв-е^*>+йВс-е-'* ). (IV.56)
VT
Таким образом для получения U2 можно взять —о—
геометрической суммы напряжения Uab* повернутого по
часовой стрелке на угол 30°, и Ubo повернутого в
том же направлении на угол 90°.
Общий вид рассматриваемого фильтра представлен
на фиг. IV,89. На линейные напряжения Uab и Ubc вклю-
чены первичными зажимами А, В и С в общем случае
два „плеча" фильтра, представляющие сопротивления
с активной и реактивной слагающими; одно из плеч мо-
жет быть также автотрансформатором напряжения.
Вторичными зажимами фильтра являются определен-
ные точки х и у этих плеч.
12 Релейная защита
В частном случае один из вторичных зажимов, напри-
мер у, может совпадать с первичным зажимом С. Тогда
надобность во втором плече отпадает и фильтр превра-
щается в так называемый одноплечий.
Потенциальные диаграммы. Анализ различных схем
фильтров обычно целесообразно проводить, используя не
выражение (IV,56), а ' потенциальные диаграммы филь-
тров [Л.\2].
На фиг. IV,90 дана такая диаграмма для случая, ког-
да к первичным зажимам подведена система линейных
напряжений положительной последовательности. В этом
случае напряжение между вторичными зажимами ху дол-
жно равняться нулю. Для этого слагающие сопротивле-
ний плеч выбираются такими, чтобы точка х треуголь-
ника падений напряжения АВх в сопротивлениях левого
плеча совпала с точкой у треугольника падений напря-
жения ВСу в сопротивлениях правого плеча.
Выполненное таким образом устройство замеряет
только напряжения отрицательной последовательности
[Л. 12].
На фиг. IV,91 дана потенциальная диаграмма для
случая, когда к первичным зажимам фильтра подведена
система напряжений отрицательной последовательности.
Последняя отличается от системы положительной после-
довательности порядком чередования фаз, поэтому данная
диаграмма может быть получена из предыдущей посред-
ством перемены местами напряжений Uab и Ubo Вместе
с напряжениями Uab и &вс переносятся и жестко свя-
занные с ними потенциальные треугольники АВх и ВСу.
Напряжение на вторичных зажимах фильтра, являю-
щееся в рассматриваемом случае при отсутствии нагруз-
ки напряжением холостого хода ихх% определится как
сторона ху равнобедренного треугольника Вху (Вх = By)
с углом при вершине а + f -+- <р = 320°: ихх = -/3»Вх.
Таким образом при приложении к первичным зажи-
мам щ получаем на вторичных зажимах пропорциональ-
ное ему напряжение:
uxx = m-U2, (IV,57)
где т — коэфициент пропорциональности.
Из изложенного следует, что, вообще говоря, распо-
лагая совмещенную точку ху диаграммы фиг. IV,90 в
различных местах плоскости треугольника линейных нап-
ряжений, можно получить произвольно большое коли-
чество различных треугольников АВх и ВСу, а следова-
тельно, такое же количество видов плеч фильтров и
самих схем фильтров.
Критерии для оценки фильтров. Выбор наивыгод-
нейших схем фильтров отрицательной последовательно-
сти следует производить, исходя из следующих требова-
ний [Л. 12]:
1) максимальной чувствительности;
2) минимального потребления в вольтамперах (опре-
деляет нагрузку на трансформаторы напряжения) и ват-
тах (определяет количество выделяющегося тепла);
3) минимального напряжения небаланса.
177
4 плечо А В плечо В
Фиг. IV, 89. Общий вид элементар-
ного фильтра напряжений отрица-
тельной последовательности.
Фиг. IV, 90. Потенциальная диа-
грамма при подведении к филь-
тру напряжений положитель-
ной последовательности.
Фиг. IV, 91. Потенциальная
диаграмма при подведении
к фильтру напряжений отри-
цательной последовательности.
Фильтры, как правило, желательно иметь по возмож-
ности более чувствительными. Однако это требование,
взятое изолированно, не характеризует качества фильт-
ра, так как, уменьшая сопротивления плеч, возможно
при любой его схеме повышать чувствительность.
Поэтому качество фильтра должно характеризовать-
ся сочетанием первого и второго требований, что в ре-
зультате приводит к следующим показателям фильтров:
1) отношению максимальной мощности Рр max на вто-
ричных зажимах схемы фильтр-реле при некоторой ве-
личине подведенного «2 к мощности, потребляемой филь-
тром или активным потерям в нем при подведении к его
первичным зажимам щ = и2;
2) отношению напряжения небаланса,
обусловленного отклонением частоты от рас-
четной при некотором ult к этому щ и отно-
сительному изменению частоты.
А В ^С
ИГ I IV
Таким образом условию максимального значения Рр
соответствует zp = %фКУ при котором
Из рассмотрения (IV, 61) следует, что для данной схе-
мы фильтра необходимо стремиться иметь максимальные
ихх или с учетом потенциальной диаграммы фиг. IV, 91
и выражения ихх = У 3 Вх% совмещенную точку ху
следует располагать на возможно большем расстоянии от
"вершины В треугольника. Это положение использовано
ниже для выбора параметров различных типов фильтров.
Схема фильтра с автотрансформато-
ром напряжения и активно-индуктивным
контуром (фиг* IV, 92). Потенциальная диаг-
рамма фильтра при наличии на зажимах его
/S R С
*<?
* У
Фиг. IV, 92. Схема фильтра с авто-
трансформатором напряжения и
активно:индуктивным контуром.
*А
Rn
Фиг. IV, 93. Потенциальная
диаграмма фильтра во
фиг. IV, 92.
Фиг. IV, 94. Схема фильтра
с двумя активно-емкостными
контурами»
Условия получения максимальной мощности на
зажимах схемы фильтр-реле. Мощность на зажимах
фильтра
pp — £p'zp-
(IV, 58)
ip в обмотке
реле с сопротивлением zp опреде-
Ток
ляется методом суперпозиции. Для этого включаем в
цепь реле две равные и прямо противоположные э. д. с.
величиной е = ихх, при этом, очевидно, все соотношения
в схеме остаются неизменными.
Исключая ел направленную по ихх, получаем режим
с одной е = ихх и направленной
от
навстречу
холостого
последнему,
хода и дает
Этот режим не отличается
слагающую ip = 0.
Исключая е, направленную против ихх, получают кон-
тур, состоящий из zpf сопротивления фильтра и системы.
Сопротивление системы с измерительным трансформато-
ром напряжения по сравнению с сопротивлением фильтра
и zp ничтожно мало и им можно пренебречь, считая
фильтр как бы закороченным на первичных зажимах ABC.
Тогда в схему войдет импеданс короткого замыкания
фильтра Z0K. Полный ток в реле /* , равный второй его
слагаемой / р (*' = 0), с учетом изложенного равен
m*U»
\*ф.Л*Р\ \*ф.м+*р\
(IV, 59)
Мощность на основании (IV, 68) с учетом (IV, 59)
Р.=
m^zn
-W=
m2
'-IV..+*!1 4-Ч1+И'
Ut\ (IV, 60)
где п — отношение модулей гф к и z^ а ср — разность их
импедансных углов.
Максимальному значению Рр соответствует минималь-
ное значение знаменателя (IV, 6и). Для определения мини-
мума знаменателя приравнивается нулю его первая про-
изводная по п: отсюда получаем п = 1.
178
первичной обмотки только
напряжений положительной
последовательности (и2 = 0,
ip = 0) строится, исходя
из следующих соображений
(фиг. IV,93). *.♦
Обмотка автотрансфор-
матора обтекается одним и
тем же током. Поэтому по-
тенциалы его . отдельных
точек располагаются на
прямой, совпадающей с
вектором напряжения иДВт
В частности на этой прямой
должна находиться точка х
и, следовательно, совме-
щенная точка ху.
Разность импедансных углов двух составляющих By
и уС сопротивления одного плеча не может быть больше
90°. Поэтому точка ху не может удалиться от вершины В
более чем на 0,5 UAB%
Таким образом точка ху располагается на середине
стороны ЛВ; отсюда следует, что оба плеча автотранс-
форматора имеют одинаковое число витков w' = w"; со-
отношение сопротивлений другого плеча
Фиг. IV, 95. Потенциальная
диаграмма фильтра по
фиг. IV, 94.
Rc-XC'
J- V 3
2 : 2
коэфициент, характеризующий напряжение холостого х©-
да (см. IV, 57) т=—g- .
Фильтр, выпускаемый заводом ХЭМЗ, обладает от-
носительно невысокими показателями. Лучшим в ряде
случаев является вариант с активно-емкостным контуром.
Схема фильтра с двумя активно-емкостными кон*
турами (фиг. IV, 94). Потенциальная диаграмма для нап-
ряжений положительной последовательности строится
следующим образом (фиг. IV, 95). Разность импедансных
углов двух частей каждого плеча фильтра не может пре-
высить 90°. Поэтому положение совмещенной точки ху
ограничивается дугами полуокружностей, описанных на
сторонах АВ и ВС, как на'диаметрах, и соответствующими
частями этих сторон. В пределах этой зоны наибольшее
расстояние от вершины В имеет точка, расположенная на
середине стороны АС. В ней и следует поместить совме-
щенную точку ху. Отсюда следует, что соотношение со-
противлений плеч
/X j^ /Т _1_
Ra:xa'Rc'xc~ 2 ' 2 : 6*2*
Достоинством фильтра является малая зависимость
в работе от изменений частоты. Поэтому, несмотря на
несколько более низкие показатели по потребляемой
мощности и потерям, чем у фильтром с одним активно-
емкостным контуром он может быть рекомендован к при-
менению в качестве основного.
В заключение следует отметить, что всякий фильтр
отрицательной последовательности может быть прев-
ращен в фильтр положительной последовательности пе-
ременой местами концов фаз, подводимых к двум из
Первичных зажимов фильтра. Показатели качеств этих
фильтров в связи с другими условиями их работы нес-
колько отличны от рассмотренных выше.
£0. ОЦЕНКА ДИСТАНЦИОННОГО ПРИНЦИПА
И ОБЛАСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
Оценка дистанционной защиты с точки
зрения сформулированных ранее главных тре-
бований приводит к следующим основным
выводам:
1. Селективность действия. Дистан-
ционная защита по принципу своего действия
должна обеспечивать селективное отключение
поврежденного участка в сетях любой конфи-
гурации с любым числом источников питания.
Однако на работу дистанционной защиты ока-
зывает влияние ряд факторов, искажающих ее
поведение (переходные сопротивления в месте
повреждения, качания и т. д.) и обуслов-
ливающих возможность веправильного дей-
ствия. *
2. Быстрота, действия. Мгновеннодей-
ствующей выполняется только первая ступень
защиты, охватывающая не более 75-5-80% дли-
ны защищаемого участка. Повреждения на
остальной длине линии отключаются в лучшем
случае с выдержками времени 0,8 -*- 1,2 сек.
Такая затяжка в отключении повреждений, хо-
тя и удаленных от шин соответствующих
подстанций, является в ряде случаев, особенно
при небольшой длине линий, нежелательной
или даже недопустимой с точки зрения сохра-
нения устойчивости работы системы и беспе-
ребойной работы ее потребителей.
Необходимо также иметь в виду, что вре-
мена действия первых ступеней составляют час-
то весьма значительные величины в0,1~н0,3сек
3. Чувствительность. Принципиально
защита может иметь достаточную чувствитель-
ность, определяемую характеристикой пуско-
вого органа. Однако практически ввиду необ-
ходимости отстройки от токов неповрежден-
ных фаз, от больших ошибок существующих
омметров при малых токах и т. д. чувстви-
тельность защиты в ряде случаев получается
недостаточной.
4. Надежность. Учет различного рода
факторов, влияющих на поведение дистанцион-
ной защиты, приводит к созданию весьма
сложных схем, состоящих из очень большого
числа реле, имеющих большое число последо-
вательно действующих замыкающих и размы-
кающих контактов и требующих специальной
регулировки реле для совместного действия.
Все это затрудняет эксплоатацию таких защит
и может приводить к нарушению их правиль-
ной работы.
Несмотря на перечисленные недостатки, ди-
станционные защиты широко распространены.
Это объясняется в частности тем, что только
дистанционный принцип дает возможность вы-
полнить защиту, могущую обеспечить в сетях
любого типа селективное отключение непос-
редственно защищаемого участка и шин смеж-
ных подстанций. Более простыми, - дешевыми
и надежными получаются схемы с использова-
нием импедансных органов выдержки времени,
применимых главным образом для сетей напря-
жения 35 kV и ниже.
Дистанционная защита импедансного типа
является основной для защиты одиночных линий
в сетях сложной конфигурации напряжением
35 kV.
Дистанционная защита реактансного типа
используется в качестве основной в менее
ответственных й более устойчивых сетях напря-
жением 110 kV. В более ответственных сетях
этого напряжения, работающих ближе к преде-
лу устойчивости, в последнее время в качест-
ве основных защит стремятся использовать
более совершенные принципы (рассмотренные
ниже направленные защиты с высокочастотны-
ми блокировками и продольные диференциаль-
ные защиты). С другой стороны, при исполь-
зовании в сетях 110 kV дистанционного принципа
в целях упрощения схем и повышения их
надежности для защит от замыканий между
фазами (при которых менее вероятны, чем
при замыканиях на землю, большие Rn в месте
повреждения) в последнее время часто исполь-
зуются импедансные омметры.
В сетях напряжением ниже 35 kV стремятся
применять более простые и дешевые принци-
пы защиты, чем дистанционный. Этому в ряде
случаев способствуют также более простые
типы конфигурации и коммутации указанных
сетей.
12*
179
ГЛАВА ПЯТАЯ
ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Диференциальной называется защита, осно-
ванная на принципе сравнения токов в начале
и в конце защищаемого элемента или в каких-
либо двух его точках.
Имеются две принципиальные схемы дифе-
ренциальной защиты:
1) схема с циркулирующими токами;
2) схема с уравновешенными напряжениями.
Л h I 1
Фиг. V, 1. Принципиальная Фиг. V, 2. Распределение
схема диференциальной за- токов в цепи диференци-
альной защиты при замы-
кании в пределах защищае-
мой зоны (случай односто-
роннего питания).
щиты с циркулирующими
токами.
"ИГ
г
Фиг. V, 4. Принципиальная
схема диференциальной за-
щиты с уравновешенными
напряжениями.
Фиг. V, 3. Распределение
токов в цепи диференциаль-
ной защиты при замы-
кании в пределах защища-
емой зоны (случай с двух-
сторонним питанием).
Как в том, так и
в другом случае для
осуществления защиты
в начале и конце защи-
щаемой зоны устанав-
ливаются измеритель-
ные трансформаторы тока. Защищаемой зоной
могут являться отдельные линии, шины станций
и подстанций, обмотки генераторов, трансфор-
маторов, двигателей и т: д.
Принципиальная схема защиты с циркули-
рующими токами представлена на фиг. V, 1.
180
Трансформаторы тока подбираются однотип-
ными и с равными пт с тем, чтобы при рав-
ных первичных токах / вторичные токи i были
также равны между собой.
Вторичные обмотки трансформаторов тока,
установленных в начале и конце защищаемого
элемента, соединены между собой последова-
тельно, т. е. „конец" вторичной обмотки транс-
форматора тока / соединен с „началом" вто-
ричной обмотки трансформатора тока //. По-
лярность обмоток предполагается соответст'
Фиг. V, 5. Схема замещения диференциальной защиты с
уравновешенными напряжениями.
вующей правилам, установленным в гл. II. Ус-
ловное положительное направление токов дано
на фиг. V, 1.
Вторичные токи трансформаторов тока оп-
ределяются следующими соотношениями:
i — ll
ОМ)
(V,2)
При нормальном режиме работы и при по-
вреждении вне защищаемой зоны (при сквозном
коротком замыкании) токи в первичных обмот-
ках трансформаторов'тока, пренебрегая емко-
стными токами и токами утечки, равны между
собой.
Поэтому токи во вторичных обмотках транс-
форматоров тока также можно считать одина-
ковыми.
Реле присоединяется к вспомогательным
проводам вторичных обмоток трансформаторов
тока параллельно, и ток в его обмотке равен
геометрической разности вторичных токов.
Принимая за положительное направление тока
в реле слева направо, получим
ip=*h — hi. (V,3)
При нормальном режиме работы защищае-
мого, элемента эта разность для идеальных
трансформаторов тока равна нулю. В вспомо-
гательных проводах схемы защиты, соединяю-
щих вторичные обмотки трансформаторов тока,
циркулирует ток, равный по величине вторич-
ному току трансформаторов тока, поэтому она
и называется схемой с циркулирующими токами.
Допуская, что i трансформаторов тока оста-
ются равными по величине и одинаковыми по
направлению при любой кратности /, можно
полагать ток в реле равным нулю и при сквоз-
ном коротком замыкании.
Следовательно, при нормальном режиме ра-
боты защищаемого элемента и сквозном корот-
ком замыкании ip^09 и защита не действует.
При повреждении в защищаемой зоне и пи-
тании только с одной стороны (/и = 0) ток во
вторичной' цепи трансформатора тока / равен
трансформированному току короткого замыка-
ния i3. Полагая, что отсоса тока во вторичную
обмотку трансформатора тока // нет, ток в реле
(фиг. V,2)
ip=h — i3. (V,4)
Реле подействует и отключит поврежденный
участок, если ip окажется больше ip.m-
- При замыкании в защищаемой зоне и при
питании с двух сторон согласно фиг. V, 3:
ip = ii + iu=h. * (V,5)
Принципиальная схема диференциальной за-
щиты с уравновешенными напряжениями приве-
дена на фиг. V,4. Максимальное токовое реле
включено в рассечку соединительных проводов
между выводами вторичных обмоток трансфор-
маторов тока с одинаковой полярностью. В со-
ответствии со схемой замещения (фиг. V, 5),
составленной для схемы -фиг. V, 4, ток через
обмотку реле
где е\ и ец — э. д. с. вторичных обмоток транс-
форматоров тока, a Z = Znp -}- Zp -f- Ze\ + Zeu—
импеданс вторичной цепи, включающей сопро-
тивление соединительных проводов Znpy импе-
данс обмотки реле Zp и импедансы собственно
вторичных обмоток трансформаторов тока Ze\
И Zeu.
Существенным отличием принципиальной
схемы с уравновешенными напряжениями от
схемы с циркулирующими токами является то,
что в первой при нормальном режиме работы
и при внешнем замыкании ток во вторичной
цепи отсутствует. Напряжения на вторичных
обмотках обоих трансформаторов тока взаимно
уравновешены. При повреждении в защищае-
мой зоне равновесие между э. д. с. вторичных
обмоток трансформаторов тока нарушится, и
через обмотку реле пойдет ток. Реле подей-
ствует и отключит поврежденный участок.
Величина тока во вторичной цепи, а следо-
вательно, и в реле, зависит от кратности тока
короткого замыкания в защищаемой зоне.
Так, например, при одностороннем питании места по-
вреждения предельная величина тока в реле, пренебрегая
в целях упрощения Z (фиг. V,5), составит половину при-
веденного тока У, который распределится поровну между
цепями намагничивания двух трансформаторов тока.
Каждая из рассмотренных принципиальных
схем диференциальной защиты имеет свои пре-
имущества и недостатки, учет которых позво-
ляет произвести выбор наивыгоднейшего для
каждого конкретного случая варианта.
Наиболее часто применяется схема с цир-
кулирующими токами. Однако эта схема в рас-
смотренном элементарном виде может быть
использована только для участков, имеющих
незначительную длину, не превосходящую не-
скольких сот метров, так как при большей
длине защищаемого участка сопротивление цепи
вспомогательных проводов становится уже
весьма значительным. Вследствие этого точ-
ность работы трансформаторов снизится. В цепи
реле, даже при нормальном режиме, может
появиться значительный ток, обусловленный
разностью вторичных токов трансформаторов
тока. При внешнем замыкании за счет еще боль-
шего возрастания ошибок трансформаторов
тока этот; ток может еще более увеличиться
и привести к неселективному действию защиты.
Для уменьшения сопротивления проводов
необходимо увеличить их сечение. Однако это
приводит к неприемлемому возрастанию их
стоимости.
Для участков большей длины поэтому более
применима схема с уравновешенными напряже-
ниями. Отсутствие токов во вторичной цепи
при нормальном режиме и сквозных коротких
замыканиях позволяет применить в этой схеме
соединительные провода малого сечения и осу-
ществить защиту с меньшими первоначальными
затратами.
Принципиальная схема диференциальной за-
щиты на равновесие напряжений по фиг. V, 4
имеет, однако, ряд своих недостатков, ограни-
чивающих ее применение.
Вторичные обмотки трансформаторов тока
соединены навстречу друг другу. Вторичный
ток в трансформаторах тока при нормальной
работе защищаемого участка отсутствует, иг
трансформаторы работают в режиме холостого
хода. Весь первичный.ток в данном случае идет
на создание магнитного потока. Это может
послужить причиной недопустимого перегрева
стали трансформаторов. Кроме того пики на-
пряжения на вторичных обмотках трансформа-
торов тока, особенно при сквозном коротком
замыкании, могут оказаться очень высокими,
опасными для обслуживающего персонала и
целости изоляции. В соединительных проводах
большой длины могут иметь место емкостные
токи, способные вызвать неселективное дейст-
вие защиты (см. гл. V, § 3).
181
Трансформаторы тока в нормальном выпол-
нении (см. гл. II) не допускают режима работы
-с разомкнутой вторичной обмоткой; поэтому
в схеме диференциальной защиты на равнове-
сие напряжений необходимо или применять
специальные трансформаторы тока или к вы-
водам вторичных обмоток трансформаторов
тока нормального типа присоединять дополни-
тельные активные сопротивления (фиг. V, 6).
Фиг. V, 6. Принципиальная
схема диференциальной за-
щиты с уравновешенными
напряжениями при шунти-
ровании вторичных обмоток
трансформаторов тока- со-
противлениями.
п
ili
Фиг V 7 Хаоактеоистика Фиг* V' 8' *аРактеристика
фиг. у, /. ларактеристика двух трансформаторов тока
при работе их в схеме ди-
ференциальной защиты.
трансформатора тока при
постоянной нагрузке,
Применение специальных трансформаторов
тока нецелесообразно. Шунтирование вторич-
ных обмоток дополнительным сопротивлением
вызывает усложнение схемы и в некоторой
степени может снижать ip при повреждениях
в защищаемой зоне. В частности, поэтому та-
кая схема распространения не получила.
Схема на равновесие напряжений приме-
няется поэтому для( диференциальной защиты
линий, как это будет указано ниже, в несколько
измененном виде.'
2. ТОКИ НЕБАЛАНСА
При рассмотрении принципиальных схем
диференциальной защиты предполагалось, что
при нормальном режиме работы и при сквозном
коротком замыкании ток в обмотках реле от-
сутствует. Это, однако, может иметь место
лишь при идеальных трансформаторах тока.
В действительности выполнить трансформа-
торы тока с точным совпадением величин их i
при любой кратности / практически невоз-
можно.
Действительная величина i, как известно,
зависит от величины и характера нагрузки
трансформатора тока и от величины /.
182
Разность между действительной величиной i
и током, определяемым по номинальному коэ-
фициенту трансформации (при постоянной на-
грузке трансформатора), резко возрастает при
больших кратностях /, когда происходит на-
сыщение стали сердечника. Объясняется это
тем, что с увеличением / возрастает индук-
ция В в сердечнике трансформатора, а следо-
вательно, и 1Нап. Так как 1нам является одной
из составляющих /, то его возрастание ведет
к большому снижению величины действитель-
ного i по сравнению с i, определяемым отно-
шением —.
Характеристика трансформатора тока при по-
стоянной нагрузке показана на фиг. V, 7, где
прямая / соответствует идеальному, а кривая 2
действительному изменению г, в зависимости
от кратности /.
Фиг. V,§. Пересекающиеся
характеристики двух: транс-
форматоров тока при ра-
боте их в схеме диферен-
циальной защиты.
В пределах малых кратностей / действи-
тельный i мало отличен от его величины, оп-
ределяемой номинальным птУ и зависимость
между ним и / достаточно близка к прямоли-
нейной.
Для реальной защиты имеет значение пре-
дел изменения / от номинальной величины до
20-5-30-кратного его значения. У хорошо по-
добранных трансформаторов тока характери-
стики, почти совпадающие при незначитель-
ных /, при больших кратностях тока могут
иметь существенное между собой отличие.
На фиг. V, 8 для примера показаны две такие
характеристики (/ и 2) трансформаторов тока
одной фазы, установленных в начале и в конце
защищаемого участка.
Кривая 3 характеризует собой зависимость
разности / от /. Эту разность сравниваемых if
замыкающуюся через реле при отсутствии по-
вреждения в зоне защиты, называют током
небаланса iH6>
В некоторых случаях характеристики транс-
форматоров тока пересекаются, и тогда, как
это следует из фиг. V,9, iHe в пределах неко-
торых кратностей тока может убывать.
Фиг. V, 10. Способ выравни-
вания плеч диференциаль-
ной защиты включением
дополнительного сопротив-
ления.
Ток небаланса, обусловленный неидентич-
ностью характеристик трансформаторов тока,
определяется- при одном и том же / соотно-
шением
1нб = h — in. (V, 7)
Выражение (V, 7) может быть представлено
также в следующем виде:
1нб — h — ^11 = у — 1нам I/ —
— у — 1нам И/ = 1намII — 1кам U (V,8)
где /' — первичный ток, приведенный к числу
витков вторичной обмотки;
Ihomi и 1нами — токи намагничивания трансфор-
маторов* тока / и //.
Из (V, 8) следует, что iH6 определяется гео-
метрической разностью намагничивающих токов.
Величина разности намагничивающих токов,
а следовательно, и значение w зависит от це?
лого ряда причин. Основными из них явля^-
ются:
1) неодинаковые магнитные свойства стали
магнитопроводов трансформаторов тока и свя-
занные с этим различные магнитные сопротив-
ления;
2) несимметричное выполнение схемы ди-
ференциальной защиты.
Снижение величины iH6y обусловленного не-
одинаковыми магнитными свойствами трансфор-
маторов тока одного комплекта диференциаль-
ной защиты, осуществляется изготовлением
сердечников из стали одной партии и тщатель-
ным подбором попарно наиболее близких по
характеристике трансформаторов.
Вторая причина появляется в том слу-
чае, если длины, а следовательно, и сопротив-
ления вспомогательных проводов от места
присоединения реле до вторичных обмоток
трансформаторов тока (плечи диференциальной
защиты) неодинаковы.
При сквозных замыканиях погрешность транс-
форматоров тока с повышенной нагрузкой мо-
жет увеличиться в большей степени и тем са-
мым позлечь за собой значительное возрастание
тока небаланса.
В целях устранения несимметрии в схеме
в плечо с меньшей длиной соединительных про-
водов иногда включают дополнительные сопро-
тивления (фиг, V, 10).
3. ТОК ТРОГАНИЯ И ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ
ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Принципиально защита может быть выпол-
нена мгновеннодействующей и поэтому, как
правило, осуществляется без дополнительной
выдержки времени.
Величина ip.m диференциальной защиты за-
висит от 1нб и выбирается для предотвращения
неселективного действия при сквозных корот-
ких замыканиях выше его максимального зна-
чения . _, .
1р\т — &н1нб max» \V , У)
где кн^>\—коэфициент надежности.
При сквозном коротком замыкании iHo за-
висит не только от периодической, но и апе-
риодической составляющих 13 (см. гл. И, § 11).
Апериодическая составляющая имеет большое
значение только в начальный момент и затем
быстро затухает. При трансформации аперио-
дической составляющей перБичното тока 1нам
резко возрастает. При этом резко может воз-
расти и iH6. При затухании тока поврежде-
ния гНб \ также сравнительно быстро затухает
(фиг. V, 11). Следовательно, величина iH6 будет
зависеть от времени t, которое отделяет тре-
буемый для учета w момент от начального
момента повреждения.
В настоящее время нет достаточно точного
способа для определения гНб при переходных
процессах; поэтому iPmm защиты выбирают на
основании опытных данных.
Для схемы диференциаль-
ной защиты с циркулирующи-
ми токами, установленной на
небольших по длине участках,
и при тщательном подборе
трансформаторов тока (согла-
Фиг. V, 11. Примерная
зависимость тока не-
баланса от времени.
сно 10% кривым, назначение которых указано
в гл. II, § 12), ip,m выбирается обычно в
20-*-60% от номинального значения *, т. е.
в пределах 1-ь-З А.
4. ОЦЕНКА ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРИНЦИПА
По сравнению с рассмотренными ранее прин-
ципами релейных защит линий диференциаль-
ный принцип имеет значительные преимущества.
Действие диференциальной защиты не тре-
бует для селективности согласования с защи-
тами последующих и предыдущих участков,
так как на внешние замыкания она не реаги-
рует. Следовательно, отключение поврежден*
ного участка может быть произведено с соб-
ственным временем действия реле и выключа-
теля.
Как правило, ip.m меньше номинального тока
нагрузки; следовательно, защита получается
достаточно чувствительной. Схема сравнительно
проста и действие ее принципиально достаточно
надежно.
Таким образом диференциальная защита,
являясь селективной при любых схемах ком-
мутации системы, в которую входит защищае-
183
мая линия, чувствительной и быстродействую-
щей, принципиально отвечает основным требо-
ваниям. При практическом осуществлении ди-
ференциальная защита обнаруживает, однако,
ряд недостатков.
К эксплоатационным недостаткам диферен-
циальной защиты необходимо отнести возмож-
ность неселективного ее действия при повреж-
дении во вторичных цепях. При обрыве, на-
пример, соединительных проводов схемы ди-
ференциальной защиты с циркулирующими то-
ками через рейе замыкается полный вторичный
рабочий ток защищаемого участка, который
может оказаться больше, чем ip.m. В схеме
диференциальной защиты с уравновешенными
напряжениями ip может резко возрасти и выз-
вать неселективное отключение неповрежден-
ного участка в том случае, если произойдет
короткое замыкание между вспомогательными
проводами. Обрыв вспомогательных проводов
в схеме с уравновешенными напряжениями ве-
дет к отказу защиты в действии при замыкании
в защищаемой зоне.
При неидентичных трансформаторах тока
(например, в схемах диференциальных защит
трансформаторов, см. гл. IX) отстройка от то-
ков небаланса при сквозных коротких замыка-
ниях обусловливает необходимость выбора
очень больших ip.m, что загрубляет защиту.
Существующие способы повышения чувстви-
тельности защиты рассматриваются ниже.
5. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Максимальная величина iH6, как уже отме-
чалось, зависит от / при внешнем поврежде-
нии, а /—от вида повреждения и режима ра-
боты системы.
Бросок 1нб в начальный момент и характер
его затухания отличны от изменения /. Макси-
мальное значение iH6 получает через некото-
рый промежуток времени после возникновения
короткого замыкания,(в пределах нескольких
периодов) и затем быстро затухает до вели-
чины iH6 установившегося режима.
Возникает вопрос о целесообразности в це-
лях повышения чувствительности диферен-
циальной защиты устанавливать ее ip.m не по
начальному пику 4^шах, а по некоторой мень-
шей его величине, соответствующей времени t
(фиг. V, И), т. е. 1Нб.
Чтобы избежать при этом неселективного
действия защиты при внешних повреждениях,
следует ввести в схему наряду с токовым реле
еще реле времени с выдержкой, несколько боль-
шей L Чувствительность защиты при этом по-
вышается, но нетрудно видеть, что это повы-
шение приобретается замедлением действия
защиты при внутренних повреждениях, т. е.
снижением основного качества диференциаль-
184
ной защиты. Поэтому таким путем чувствитель-
ность диференциальной защиты обычно не по-
вышают.
Мероприятиями, повышающими чувствитель-
ность диференциальных защит, являются:
1) включение последовательно с реле до-
бавочного сопротивления;
2) применение разного вида реле с тормоз-
ным действием.
Первый способ, наиболее простой, позволяет
ограничивать значение iHe в реле при сквозных
коротких замыканиях, снижает тем самым ip.m
и повышает чувствительность защиты. Однако
этот способ, пригодный только для схем с цир-
кулирующими токами, в общем случае не дает
возможности удовлетворительно разрешить во-
прос о повышении чувствительности диферен-
циальных защит.
В последнее время более совершенным счи-
тается способ использования в схемах диферен-
циальной защиты реле с тормозным действием.
В таких реле ip.m имеет зависимую от тока
характеристику и возрастает ^.увеличением
тока сквозного короткого замыкания.
6. ВКЛЮЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С РЕЛЕ
ДОБАВОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Последовательно с обмоткой максимального
токового реле (фиг. V, 12) включается добавоч-
ное сопротивление, которое ограничивает ве-
личину 1Нб в реле при замыкании вне защищае-
мой зоны. При этом имеется возможность
взять ip.m меньшим, повысив тем самым чувст-
вительность защиты при повреждениях в пре-
делах защищаемой зоны.
; Это можно обосновать следующим образом.
На фиг. V, 13 приведена схема замещения
применительно к диференциальной защите
фиг. V, 12, где:
Г — первичный ток трансформа-
тора тока, приведенный к чи-
слу витков вторичной обмотки;
к и in—вторичные токи трансформа-
торов тока;
1нам\ и 1Намп — намагничивающие токи;
1нб— ток небаланса в обмотке реле;
Zti и Zen — импедансы собственно вторич-
ных обмоток трансформато-
ров;
ZuaMi и Zimmu — импедансы шунтов намагничи-
вания;
Zp — общий импеданс цепи реле.
Пользуясь законами Кирхгофа, можно составить урав-
, нения токов в отдельных узлах и падений напряжений
в соответствующих контурах.
Так, например, имея уравнения
'i=/'-W, (v.io)
iVZnaMl — hZel+lH6'Zp,
(V, 12) в цепи реле( окажется чрезмерно большим, то>
(V, 13) ПРИ повреждении в защищаемой зоне более
значительная часть i одного трансформатора
намп'^намп (v>14) тока будет ответвляться через вторичную об-
мотку другого трансформатора, минуя цепь
и решая их совместно, получаем выражение 1нб в еле- реле# Кроме того увеличится и .внутренний:
*«
-наминам!— llZel + hlZell
их совмес
дующем виде [Л. 1]:
Zhum1 (Zell + Zhom II) "" ZHaMlI (Zel + ZHajul)
1нб zp [Zq1 + ZHaM j + Zell -f ZHaM u) + (Z8l -f- ZHaMi)(Zell -+- ZHaMll) •
(V,15)
Из (V, 15) следует, что iH& имеет максимальное зна-
чение при Zp = 0.
Следовательно, увеличение Zp за счет включения в
цепь реле дополнительного сопротивления действительно
снижает iH$.
В соответствии с при-
нятым на фиг. V, 13
направлением токов в
отдельных ветвях мож-
но получить выражение
э. д. с, индуктируемой
во вторичной обмотке
первого трансформатора
тока, в следующем виде:
ei = iH6Zp -f- iiZeV (V, 16)
Фиг. V, 12. Схема вклю-
чения сопротивления в
цепь реле.
Фиг. V, 13. Сгема замещения диференциальной защиты с
циркулирующими токами.
Электродвижущая сила второго трансфор-
матора тока
еп = — ineZp + hiZeii. (V, 17)
При принятых в схеме фиг. V, 13 положи-
тельных направлениях iH6 положителен, если
ii>hiy что при Zel = Zell происходит, когда
трансформатор тока / более мощный, чем транс-
форматор тока //.
Уравнения (V, 16) и (V, 17) позволяют уста-
новить, что при увеличении Zp?более мощный
трансформатор / при включении в цепь реле
дополнительного сопротивления нагружается,
а трансформатор //, менее мощный, — разгру-
жается. При этом in возрастает, a k умень-
шается, вследствие чего iHe соответственно
снижается.
Величина дополнительного сопротивления
не должна быть чрезмерно большой во избе-
жание снижения чувствительности защиты при
внутренних повреждениях. Если сопротивление
отсос" тока за счет возрастания iHaM рассмат-
риваемого трансформатора тока (см. гл. II, § 19).
Вследствие этого ip может оказаться недоста-
точным и защита не подействует.
В результате повышение чувствительности,
обусловленное снижением ip.m, может оказаться
меньшим ее снижения за счет увеличения от-
сосов в схеме.
При одном и том же значении дополнитель-
ного сопротивления включаемого в цепь реле
реактивное сопротивление без железа имеет
преимущество, которое заключается в его за-
пирающем действии по отношению к весьма
резко выраженным в намагничивающем токе
высшим гармоникам.
Рассмотренный способ повышения чувстви-
тельности диференциальных защит, пригодный
только для схем с циркулирующими токами,
используется главным образом для осущест-
вления диференциальных защитчсинхронных ге-
нераторов и двигателей в схемах с простыми
максимальными токовыми реле.
7. ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДИФЕРЕН-
ЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЛЕ С
ТОРМОЗНЫМ ДЕЙСТВИЕМ
При использовании в диференциальной за-
щите простых максимальных токовых реле их ipm
выбирают по максимальному значению iH6 при
сквозных коротких замыканиях.
Если нарастание iH6 в зависимости от изме-
нения тока сквозного короткого замыкания i3
представить в виде кривой (фиг. V, 14), то ха-
рактеристика ip.m максимального токового реле
диференциальной защиты на той же фигуре
ПреДСТаВИТСЯ В ВИДе ПрЯМОЙ //, ip.m = KlH6 max,
где iH6 max — максимальное значение тока неба-
ланса, соответствующего максимально возмож-
ному току сквозного короткого' замыкания
1р1н6 (точка а фиг. V, 14).
Фиг. V, 14. Характери-
стика тока трогания
максимального токового
реле при использовании
его в качестве реагирую-
щего органа диференци-
альной защиты.
185-
Из сравнения характеристик I и II следует,
что при использовании в диференциальной за-
щите простых максимальных токовых реле,
отстроенных по ^/й>^шх, селективное дей-
ствие защиты при внешних повреждениях обес-
печивается за счет резкого снижения чувстви-
тельности защиты к замыканиям в пределах
защищаемой зоны, сопровождаемых небольши-
ми значениями токов повреждения.
На фиг. V, 14 заштрихованную часть площади
прямоугольника, ограниченную кривой / и осью
абсцисс, можно считать зоной требуемой не-
кривой / при любом значении 13 в идеальном
случае на некоторую постоянную величину коэ-
фициента запаса.
Подобная характеристика изменения тока
трогания позволяет значительно уменьшить
зону нечувствительности диференциальной за-
щиты до величины незаштрихованной части
площади (фиг. V, 15).
По сравнению с характеристикой работы
диференциальной защиты с простым максималь-
ным токовым реле согласно фиг. V, 14 полу-
чается расширение чувствительности защиты
Фиг. V, 15. Характеристика тока
трогания реле диференциальной
защиты с тормозным действием.
Фиг. V,16. Принципиальная схема
включения диференциального реле
с одной тормозной обмоткой.
W
Фиг. V, 17. Принципиальная схема вклю-
чения диференциального реле с двумя
тормозными обмотками.
чувствительности защиты к внешним повреж-
дениям, обусловленным наличием iH6\ в,ся же
незаштрихованная часть площади является фак-
тически зоной вынужденного загрубления чув-
ствительности защиты к внутренним повреж-
дениям, обусловленного только выбранным ip.m
реле.
Чтобы повысить чувствительность защиты,
необходимо иметь реле с характеристикой, от-
личной от той, которую имеет простое макси-
мальное токовое реле. При внешних замыка-
ниях такое реле должно иметь тем больший
момент, противодействующий замыканию кон-
тактов, чем больше кратность тока сквозного
короткого замыкания. Иначе говоря, такое реле
должно иметь характеристику тормозного дей-
ствия, зависимую от тока короткого замыкания.
При замыканиях в пределах защищаемой
зоны момент, противодействующий замыканию
контактов реле, должен или отсутствовать
полностью или быть меньше рабочего момента,
действующего в сторону замыкания контактов.
На фиг. V, 15 кривая / и прямая // пред-
ставляют собой те же зависимости, что и на
фиг. V,14.
Кривая /// является в данном случае харак-
теристикой специального реле с зависимым ip.m.
Токи, необходимые для действия такого реле,
возрастают в соответствии с ростом значения
токов сквозною короткого замыкания, при-
чем iu6 остается всегда меньше, чем iPf необ-
ходимый для приведения реле « действие.
Кривая /// представляет собой характери-
стику ip,m=f(i3)9 которая должна отстоять от
186
на весь участок площади с вертикальной штри-
ховкой, расположенной между кривой /// и
прямой //(фиг. V, 15).
Повышение чувствительности диференциаль-
ной защиты при использовании реле с тормоз-
ным действием практически может быть осу-
ществлено применением:'
а) реле с тормозными (удерживающими) об-
мотками;
б) блокирующих реле;
в) специальных токовых реле типа транслей.
8. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЛЕ С ТОРМОЗНЫМИ ОБМОТКАМИ
Для повышения чувствительности защит в
последнее время наиболее часто применяют
реле с тормозными (удерживающими) об-
мотками. На фиг. V, 16 представлена схема
включения реле с одной тормозной обмоткой.
Обычно реле выполняется на электромагнит-
ном или индукционном принципе. На фиг. V, 16
показано электромагнитное реле. При отсут-
ствии тока в реле контакты под действием
пружины находятся в разомкнутом состоянии.
Обмотка / является рабочей обмоткой, через
которую проходит разность сравниваемых то-
ков, обмотка 2 служит в качестве тормозной
(удерживающей).
Реле выполняют так, чго при одном и том
же токе тормозной момент Мторм получается
меньше рабочего момента Мраб\ достигается
это тем, что берут wPa6>wmopM.
При нормальном режиме работы и сквоз-
ных коротких замыканиях токи в начале и в
конце участка примерно одинаковы. Через ра-
бочую обмотку 1 проходит только iH6, в то
время как через обмотку 2 проходит полный
ток. Из-за резкой разницы между токами в
тормозной и рабочей обмотках Мторм полу-
чается больше Мраб, несмотря на то, что число
витков рабочей обмотки больше числа витков
тормозной обмотки; поэтому контакты реле
разомкнуты.
Так как wpa6>WmopM, то при повреждении
в защищаемой зоне, даже в случае питания
ТОЛЬКО СО СТОРОНЫ //, Мраб> Мторм, И ПОЭТОМУ
контакты реле замкнутся.
Схема включения реле с одной тормозной
обмоткой (фиг. V, 16) может быть выгодно
использована при одностороннем питании за-
щищаемого элемента, если тормозную обмотку
присоединить к трансформатору тока приемной
стороны. В этом случае при повреждении в
пределах защищаемой зоны тормозное дейст-
вие отсутствует.
На фиг. V, 17 приведена выполненная по,
тому же принципу схема защиты при помощи
реле с двумя тормозными обмотками. В этом
случае при сквозном коротком замыкании че-
рез рабочую обмотку / протекает, как и в
предыдущем случае, только iH6.
Действующий в сторону замыкания контак-
тов МРаб мал. Через тормозные обмотки 2 и 3
протекают i3f обусловливающие в сердечнике
электромагнита магнитный поток одного и того
же направления. Результирующий Мт0рм, соз-
даваемый ампервитками обмоток 2 и 3, удер-
живает контакты подвижной системы в разомк-
нутом состоянии.
При замыкании в пределах защищаемой
зоны и при питании участка только с одной
стороны (например, со стороны 1) i3 протекает
через рабочую обмотку 7 и тормозную обмот-
ку 2. Следовательно, реле имеет в данном слу-
чае значительные Мраб и Мторм. Однако, вслед-
ствие того что рабочая обмотка реле выпол-
няется с большим числом витков по сравнению
с любой из тормозных обмоток (в данном слу-
чае предполагается число витков обмоток 2
и 3 одинаковыми), Мрав имеет большее значе-
ние, чем Мщорм- Реле замкнет свои контакты
и отключит поврежденный участо'к.
При наличии питания участка с двух сторон
чувствительность защиты при повреждениях
в пределах защищаемой зоны повышается. Че-
рез тормозные обмотки в этом случае проте-
кают i3y имеющие встречное направление; Мторм
создается их геометрической разностью, Мраб,
наоборот, обусловлен суммой i3, подтекающих
с двух сторон.
Таким образом при двухстороннем питании
применять реле с двумя тормозными обмотка-
ми, помещенными на общий магнитопровод,
наиболее выгодно.
Из фиг. \Tf 17 следует, что на подвижную
систему реле действуют моменты:
Mpa6=Cpa6wla6il (V,18)
и
. , ~ fwmopM .
Мторм — ^торм I 7л Н '
W
торм ,
III =
-С
и^:
/2
торм wmopM* торм*
(V.19)
h+Ч
ГДе С раб И С торм — коэфициенты пропорцио-
нальности.
В (V, 19) Мторм выражен через приведенный
тормозной ток imopM, равный геометрической
полусумме вторичных токов
трансформаторов тока, уста-
новленных в начале и конце
защищаемого участка, т. е.
[Л. 2 и Л. 3]
/т Ч- /ft
W.--V1- (v'20)
На фиг. V, 18 приведена
некоторая диаграмма /, ip и
приведенного 1торм трансфор-
маторов тока.
При совпадении к и /д по
величине и фазе или прц не-
значительном их расхождении,
что имеет место при внешних
повреждениях, imopM может
без значительной погрешности
быть принят равным i39.imopM~
При отсутствии тока подвижная система
реле удерживается в исходном положении, со-
ответствующем разомкнутому положению кон-
тактов, с помощью пружины 4 (фйг. V, 17).
Следовательно, в реле имеется еще и третий
момент — момент пружины Мм. Предполагается
при этом, что в том же Мм учитывается и
трение, возникающее при работе подвижной
системы реле.
Таким образом общее уравнение, опреде-
ляющее собой условия трогания реле, может
быть представлено в следующем виде:
Фиг. V, 18. Век-
торная диаграмма
токов в цепи ди-
ференциальной
защиты.
Мраб — М торм = Cpa&w\
at -.—
CmopMWmopMilopM==MM,
(V,21)
где ip. m является тем минимальным током в
рабочей обмотке реле, который необходим для
создания Мвр, способного преодолеть Мторм
при ДаННЫХ 1торн в тормозной обмотке и Мм.
В том случае, когда в реле imopM^O (напри-
мер, при повреждении в защищаемой зоне с
/jaa — /п), для преодоления механического мо-
мента необходимо обеспечить начальный мо-
мент
CpaffWj
ураб1р.т(Ъ) — Мм>
(V,22)
187
где ip.m{0) — начальный ток трогания, представ-
ляющий минимальный ток в рабочей обмотке
реле, необходимый для создания Мвр, способ-
ного преодолеть противодействующий момент
пружины и трения.
Если учесть, что коэфициенты пропорцио-
нальности, зависящие в основном от конструк-
тивных данных рабочего и тормозного элек-
тромагнитов, могут быть в данном случае при-
няты примерно одинаковыми, то, имея в виду
(V, 21) и (V, 22), мы можем придать уравнению
работы реле следующий вид:
Wla6i2p. т - KoPMi2mopM = WWZp. т<0У ОЛ 23)
Опасность неселективного действия реле
от ы возникает при i3 значительной кратно-
сти. Мторм, создаваемый ампервитками обмоток
реле, при этом согласно (V, 19) велик. Момент,
Действительно, если учесть, что в (V, 26)
кторм и ip. m(o) являются постоянными, то после
некоторых преобразований можно представить
зависимость iP.m=f(imop^ нормальным уравне-
нием гиперболы
р. т
Л2
торн -•
«2 1>
в*
(У ,27)
где А — действительная, а £ — мнимая полуоси
гиперболы.
На фиг. V, 19 представлена зависимость
ip. m=f (1торм) в виде кривой ас, соответствую-
щей только одной ветви гиперболы, опреде-
ляемой уравнением (V, 27). Прямая ОС является
асимптотой гиперболы. г
В соответствии с фиг. V, 19 действительная
полуось гиперболы: A=Oa=ip.^(o), мнимая
торм
Фиг. V,19. Примерная харак-
теристика реле с тормозны-
ми обмотками.
обусловленный перво-
начальным натяжением
пружины и трением по
отношению к Мторм
мал. Следовательно,
при больших imopn ра-
бота реле определяет-
ся главным образом
отношением Мраб и
Мторм. В этом случае можно считать М.
Фиг. V.22. Принципиальная схема
включения блокирующего реле.
полуось: B = ob=
k -*tp,m (0).
кторм
Фиг. V,20. Прин-
ципиальная схема
диференциальной
защиты посредст-
вом реле с тор-
мозными обмот-
ками.
Фиг. V,21. Принципиаль-
ная схема диференциаль-
ной защиты с блокирую-
щим реле.
Отношение их определит угол
наклона асимптоты, т. е.
оа
оъ
tga=&,
торм*
тогда
wt
раб р. т '
откуда получаем, что
= <7012
W
торм торм9
0;
(V,24)
\1торм /
М
'раб'
:Ж,
торм
~^i~'km0pM^Vf2^
Диференциальная защита при помощи реле
с тормозными обмотками действует селектив-
но, т. е. не отзывается на сквозные короткие
замыкания с током любой кратности, если
максимальное значение iH6 применительно к
фиг. V, 19 (при любом imopM) не превосходит
значений ординат кривой ас.
При повреждениях в пределах защищаемой
зоны реле действует в сторону замыкания кон-
тактов, если значения ip при соответствующем
где кторм — коэфициент торможения, который значении imoPM больше ординат той же кривой ас.
характеризует тормозное действие реле. В не- Таким образом вся зона ниже кривой ас
которых случаях его выражают в %. может быть охарактеризована1** как зона тор-
Заменяя в (V, 23) число витков тормозной и можения, а зона выше кривой ас — как рабочая
рабочей обмоток реле через их отношение, зона или зона действия реле.
можно представить уравнение работы реле в При правильно выбранном кт0рм рассматри-
ваемая защита обеспечивает высокую чувстви-
тельность при повреждениях в защищаемой
зоне и сохраняет селективность действия при
торгах сквозного короткого замыкания.
Условное обозначение диференциального
реле с тормозными обмотками и однофазная
следующем виде:
i
2 — kl^Jl_.=P
р. т "торм"торм "р. т{0)9
(V,26)
Выражение (V, 26) показывает, что измене-
ние ip. m в зависимости от im0PM следует закону
гиперболы,
188
схема его присоединения приведены на фиг. V, 20.
Наличие у реле торможения отмечается значком
%, так как кторм выражают иногда в процентах.
9. ПРИМЕНЕНИЕ БЛОКИРУЮЩИХ РЕЛЕ
Блокирующее реле предназначается для предотвра-
щения неселективного действия диференциальной за-
щиты с простыми токовыми реле от iHg при сквозных
коротких замыканиях и повышения чувствительности за-
щиты при замыканиях в защищаемой зоне, когда токи
повреждения незначительны по величине.
Сущность действия блокирующего реле поясняется
схемой диференциальной защиты (фиг. V,21), где реле
/ — простое мгновенное токовое реле^ а реле 2 — блоки-
рующее реле.
В условиях нормального режима работы защищае-
мого участка контакты блокирующего реле замкнуты, а
контакты токового реле разомкнуты.
На повреждения в пределах защищаемой зоны ре-
агирует мгновенное токовое реле 1. При замыкании кон-
тактов этого реле подается импульс на отключение вы-
ключателей; блокирующее реле должно при этом продол-
жать держать свои контакты замкнутыми. При сквозном
коротком замыкании iH^ замыкающиеся через обмотку
реле /, могут послужить причиной его действия. Для
предотвращения неселективной работы защиты блокиру-
ющее реле должно размыкать свои контакты, исключая
этим возможность подачи импульса на отключение.
В блокирующем реле, как и в реле с тормозными
обмотками, действуют рабочий и тормозной моменты.
Существенным отличием блокирующего реле от реле
с тормозными обмотками является то, что в блокирую-
щем реле направление действия пружины изменено на
обратное; блокирующее реле при замыкании в защищае-
мой зоне удерживает свои контакты в том же положении,
что и при нормальном режиме работы, и размыкает их
при замыкании вне защищаемой зоны.
Принцип блокировки может быть объяснен и практи-
чески осуществлен на основе использования уже рас-
смотренного выше реле с тормозными обмотками.
На фиг. V,22 представлена принципиальная схема,
поясняющая действие блокирующего реле.
Мгновенное токовое реле, включаемое в действитель-
ных условиях последовательно с обмоткой 1 (фиг. V, 21),
на фиг. V, 22 не показано.
В качестве блокирующего реле показано реле с тор-
мозными обмотками, с соответствующим изменением в
расположении контактов и пружины.
Из рассмотрения токораспределения в обмотках реле
следует, что при нормальном режиме, когда 1г и /п прак-
тически одинаковы, Мраб ничтожно мал, так как через
обмотку 1 проходит только iHQ нормального режима.
Через обмотки 2 и 3 замыкается нормальный ток /.
, Создаваемый при этом Мторм действует в сторону раз-
мыкания контактов; ему противодействует Мм пружины 4,
который при нормальном режиме работы в состоянии со-
хранить замкнутое положение контактов.
При сквозном коротком замыкании Мторм, возрастая,
оказывается в состоянии преодолеть Мм% и контакты
реле размыкаются.
В случае замыкания в пределах защищаемой зоны,
даже в менее благоприятных условиях одностороннего
питания, MmoDM при соответствующем соотношении вит-
ков в рабочей и тормозных обмотках будет меньше ра-
бочего. Контакты реле будут прижиматься еще более
плотно под действием Мм и момента, обусловленного
ампервитками рабочей обмотки L
Уравнение работы блокирующиго реле в соответствии
с (V, 21) имеет вид
Мт0рм Мраб — Стормтторм 1торм '
~ Сраб^раб — *р в Мм*
Когда /л = 0, например, при 1торм ^ 1з^ и в свою оче-
редь большем, чем максимальный рабочий ток, блокирую-
щее реле должно иметь начальный электрический мо-
мент, достаточный для преодоления Мм
тторм (0) — ^ тор mw тормl торм (0)»
(V,27a)
где imoрмт\ — минимальное значение тормозного тока,
начиная с которого реле размыкает свои контакты.
Уравнение работы блокирующего реле с учетом
(V, 27) и (V, 27а) примет вид:
С тор mw торм1 торм """ ^рабшрабср.т ;
9 .9
г „,2 /2
— <■-тормтторм1торм (О)-
(V,28)
Если в данном случае отношение числа витков тор-
мозной обмотки к числу витков рабочей обмотки назвать
коэфициентом торможения, т. е. положить
w,
торм ,
7. ess к,
"раб
торм
(V.29)
и кроме того принять, что Сторм = Сраб, то уравнение
(V,28) примет вид
&торм 1торм 1р. т == ^торм 1торм (0) \*> *®)
ИЛИ
торм
"р. т
/2 ь2 ,2
1торм (0) "торм 1торм (0)
(V.3I)
Из (V, 31) следует, что характеристика работы бло-
кирующего реле Yip.rn — f (imopM)\ представляет собой
также гиперболу. Отличие ее от гиперболы, характери-
зующей работу реле с
тормозными обмотками,
заключается в том, что
действительная ось од-
ной является мнимой
осью другой, т. е., что,
ветви их расположены
симметрично по отно-
шению к сопряженным
осям.
Характеристика бло-
кирующего реле пред-
ставлена на фиг. V, 23
в виде кривой Ъс. Как
и в предыдущем случае,
характеристика построе-
на только для положи- .
тельных значений ip% т и 1торм» т. е. только в одном пра-
вом верхнем квадранте из четырех возможных квадрантов
прямоугольных осей гиперболы. Действительная полуось
ветви "гиперболы представлена отрезком прямой ob =
~*торм{оу а мнимая полуось отрезком прямой оа =
== ^торм'1 торм (О)'
Асимптота ос имеет наклон, определяемый соотноше-
нием
Ь
1тб0м(о)
Фиг. V, 23. Характеристика
блокирующего реле.
оа _ .
»а — 0ъ ~ "торм-
(V.32)
Чтобы получить полную характеристику работы ди-
ференциальной защиты с блокирующим реле, необходимо
в соответствии с фиг. V, 21 учесть еще и характеристи-
ку i m токового реле 7.
ip.m этого Реле выбирается больше /H(j, соответствую-
щего минимальному току i3, при котором блокирующее
реле приходит в действие.
Следовательно,
1Р.т=*кн*нб* (V>33)
коэфициент надежности;
где kH > 1
(V,27) iH6 — ток небаланса при
*торм — 1торм (0) *
189
На фиг. V, 23 характеристика максимальногсГтокового
реле 1 представлена прямой а'Ь'.
Таким образом полная характеристика защиты выра-
жена на фиг. V, 23 сочетанием прямой а'Ь' и кривой Ъ'с.
При принятом "^9Р~ *= Ьторм защита действует на
отключение только при том условии, если ток в рабочей
обмотке реле / и 2, при соответствующем 1тори~
= —о— отвечает токам рабочей зоны, т. е. выходит
за пределы ординат характеристики а'Ь'с.
При внешнем замыкании с током любой кратности за-
щита не допустит отключения защищаемого участка,
если максимальное значение iHg не выходит за пределы
ординат той же характеристики а'Ь'с.
Диференциальная защита с
применением блокирующих реле
при правильном ее выборе обес-
печивает селективное действие
защиты при токах сквозного ко-
роткого замыкания, сохраняя
одновременно высокую
чувствительность при
повреждениях в преде-
лах защищаемой зоны.
Однако по своему вы-
полнению эта схема яв-
ляется более сложной,
чем при реле с тормоз-
ными катушками.
/? ?5 ?2
Фиг. V,24. Схема
реле транслей.
Фиг. V, 25. Принципиальная схема днференциальной защиты типа транслей.
10. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ТИПА ТРАНСЛЕЙ
Название „транслей" защита получила от
применяемого в ней реле transformer-relay,
т. е. реле, выполняющего и функции проме-
жуточного трансформатора.
190
Защита транслей по своему принципу яв-
ляется модификацией диференциальной схемы
с уравновешенными напряжениями.
До недавнего времени ХЭМЗ выпускал реле
транслей типа ИТ-20, устройство и принцип
которых поясняются фиг. V,24. В качестве
магнитной системы реле служит сложный маг-
нитопровод , применившийся и для максималь-
ных токовых реле (гл. II). Реле ИТ-20 имеет
короткозамкнутый виток К, расположенный на
выступе среднего сердечника верхнего магни-
топровода. Подвижной системой служит алю-
миниевый или 'медный диск, установленный
между верхним и нижним магнитопроводом»
При действии реле подвижная система замы-
кает нормально разомкнутые контакты цепи
оперативного тока. В разомкнутом состоянии
контакты удерживаются спиральной пружиной.
Принципиальная схема диференциальной за-
щиты типа транслей в однолинейном выполне-
нии представлена на фиг. V, 25.
При выполнении схемы защиты типа транс-
лей в начале и конце защищаемого участка на
каждую фазу устанавливают по одному совер-
шенно однотипному реле. Первичную обмотку /
реле (зажимы / и 2, фиг. V,24) присоединяют
к вторичной обмотке трансформатора тока,
что позволяет в отличие от принципиальной
схемы на равновесие напряжений использовать
при осуществлении защиты транслей нормаль-
ные трансформаторы тока.
Вторичные обмотки
\ II и /// соединены по-
1 следовательно, и па-
| раллельно им подклю-
I чено добавочное со-
противление R. Шунт,
создаваемый /?, пред-
отвращает попадание
в обмотки // и /// то-
ков высокой частоты,
наводимых в вспомо-
гательных проводах,
т например, при грозе, и
могущих привести к
неправильному дей-
ствию защиты. Необ-
ходимость установки R
недостаточно провере-
на. Их общие зажимы
3 и 4 соединены вспо-
могательными прово-
дами встречно с одно-
. именными зажимами
другого реле той же
на противоположном
* ■ 4
вторичных обмоток
фазы, установленного
конце защищаемого участка.
При нормальном режиме работы защищае-
мого участка и сквозных коротких замыканиях
э. д. с. ei и ва9 индуктированные во вторичных
обмотках обоих реле, одинаковы и ток i2 в об-
мотке нижних магнитопроводов отсутствует,
т. е.
•«it
z\
= 0,
ф —результирующий поток, пронизывающий диск
и сцепляющийся со всеми тремя обмотками среднего
сердечника верхнего магнитопровода (/,// и короткозам-
кнутое кольцо);
ф пронизывая короткозамкнутое кольцо, наводит в
IV 34} нем эГд. с. еК1 отстающую от Фр на угол 90°
v 9 ' гт~.. „л,„тмв иа Лыг V 94 положительны
где Z— импеданс вторичной цепи защиты, со-
стоящий из сопротивлений вспомогательных
проводов Z„p, дополнительных сопротивлений /?,
импедансов вторичных обмоток реле, разме-
щенных на нижнем магнитопроводе, и импедан-
сов рассеяния вторичных обмоток верхних
магнитопроводов.
е\ и вп при этом за счет насыщения магни-
топроводов и соответствующего числа витков
вторичных обмоток не превосходят 140—150 V.
При рассмотрении максимальных токовых
реле было установлено, что в индукционном
реле Мвр=кФл• Фв sin (Фл, Фв), (V, 35)
где Фл и Фв — потоки в верхнем и нижнем
магнитопроводе;
k — коэфициент пропорциональности.
Так как при нормальном режиме и сквоз-
ном коротком замыкании ц иФ2 [на фиг. V,24
Ф2 соответствует Фв выражения (V, 35)] равны
нулю, то и момент на оси диска реле отсутст-
вует.
Однако, отвлекаясь от идеальных условий,
необходимо учесть, что практически через
вспомогательные провода, а следовательно, и
через обмотку нижнего магнитопровода про-
текает iH6> тем больший, чем выше кратность i3.
Если i2 и Ф2 значительны, то при малом
(неправильно выбранном) ip.m реле может по-
действовать и неселективно отключить защи-
щаемый участок.
Чтобы избежать этого, в реле транслей
предусмотрено специальное тормозное устрой-
ство, позволяющее при сквозных коротких
замыканиях получить вращающий момент, про-
тиводействующий замыканию контактов, и со-
хранить при этом достаточную чувствительность
защиты при повреждениях в защищаемой зоне.
В реле ИТ-20 ХЭМЗ это конструктивно
разрешено весьма просто. На выступ средней
части верхнего магнитопровода асимметрично
насажен короткозамкнутый виток К (фиг. V, 24
и V, 27), который и обусловливает создание
Мторм, действующего в обратную сторону по
отношению к Мраб-
На фиг. V,26 представлена диаграмма токов в от-
дельных обмотках реле и создаваемых ими потоков, при
рассмотрении которой можно проследить и поведение
реле при различных режимах работы защищаемого участ-
ка. Угол сдвига фаз между токами и обусловленными
ими потоками при построении диаграммы принят равным
нулю; все значения электрических величин приведены к
вторичной обмотке реле. Принятые положительные на-
правления обозначены на фиг. V, 24 стрелками. В диаг-
рамме приняты следующие обозначения:
Приведенные на фиг. V.24 положительные направле»
ния токов и магнитных потоков связаны между собой
правилом штопора; положительное направление з. д. с,
совпадает с положительным направлением тока.^
/ Ток, который под влиянием наведенной э. д. с.
е возникает в короткозамкнутом кольце и отстает от
э* д с. на некоторый угол <[>*, определяемый отношением
активного сопротивления кольца к его реактивному со-
противлению рассеяния (j>* = arctg -j£J.
Ф„ — магнитный поток от короткозамкнутого кольиа»
сцепляющийся с теми же обмотками, что и поток Ф^
совпадающий по фазе с током iK и по отношению к Фр
Фиг. V, 26. Векторная диаграмма
индукционной системы реле
транслей.
Фиг. V, 27. Условное распределение потоков верхней маг-
нитной системы реле транслей.
являющийся размагничивающим. За положительное на-
правление Фк принято направление Фр.
Часть потока кольца, в Фк не учтенная, является
нотоком рассеяния. Вследствие асимметричного располо-
жения короткозамкнутого кольца большая часть потока
рассеяния замыкается вокруг той его части, которая
расположена ближе к среднему сердечнику верхнего
магнитопровода. Указанная часть потока рассеяния Фторм
(фиг. V, 27) обусловливает создание тормозного действия.
®торм в представленный на фиг. V, 26 Фк, как была
указано, не входит и учтен в реактивном сопротивлении
рассеяния короткозамкнутого кольца Хк.
Фш — магнитный поток шунта, совпадающий по фазе
е разностью Фр — Фя, так как они обусловлены одной и
той же результирующей м. д. с. обмоток / и //.
191
Фв as Ф^, -|- Фш — магнитный поток среднего сердечни-
ка верхнего электромагнита, наводящий в обмотке //
э. д. с. £2> отстающую от него по фазе на угол 90е.
/2 — ток во вторичной цепи реле, принят в данном
•случае отстающим от э. д. с. е% на некоторый угол, ко-
торый определяется сопротивлением вторичной цепи и
разностью э. д. с. ег и вц.
Из фиг. V, 24, V,26 и V,27 следует, что на непод-
вижную систему реле действует несколько вращающих
моментов, обусловленных взаимодействием Ф^, Ф2 и Фторм. -
Вращающий момент от взаимодействия Фр и Ф2
Мраб=^ФрФ2 sin (Фр9 Ф2) (V, 36)
является рабочим моментом реле^ действующим при
повреждениях в защищаемой зоне на замыкание контак-
тов. При нормальном режиме работы и нри сквозных
коротких замыканиях Мраб действует также в сторону
принимают минимальный ток, обусловленный
разностью токов в первичных обмотках (k —
— in), при котором надежно замыкаются кон-
такты.- Регулирование начального тока трога-
ния (ip.m(o)) осуществляется путем изменения
первоначального натяжения пружины. На под-
вижную систему реле действуют три момента:
Мраб — рабочий; Мторм — тормозной; Мм—мо-
•мент пружины и трения. Срабатывание реле
при этом определяется условием
Мраб > Мторм + Мм. (V, 38)
Если предположить, что нарастание 1Нб в
зависимости от кратности i3 изменяется по
кривой 7, то при любой кратности тока внеш-
ня* i
y/MWMfc'rt «(Л.
Фиг. V, 28. Характеристика
реле транслей.
30ipA
Фиг. V, 29. Зависимость выдержки вре-
мени действия реле транслей от тока.
>
Экраны закрьЛающ
часть полюса _
Фиг.
замыкания контактов,
Наряду с М
если Ф2, обусловленный током
р'
\ра6 в результате взаимодействия
^торм возникает тормозной момент
Ф-
Мторм - ЬРрйщорм sin (*/»» ®торм)- (V» 37>
При определении направления вращения диска реле
следует иметь в виду, что согласно теории работы ин-
дукционных систем действующий на диск вращающий
момент имеет направление от оси опережающего потока
к отстающему по кратчайшему пути.
Так как Ф2 и Фторм отстают от ФрУ то и направление
Мраб и Мторм необходимо принять от оси Фа к осям Ф2
м Ф„
кторм* -
Из фиг. V, 24 и V,26 следует, что направления Мраб
и Мторм получаются противоположными, т. е. Мр дей-
ствует влево, а Мторм — вправо.
Если Мраб действует на замыкание контактов, то
Мторм ему противодействует, и следовательно, является
тормозным моментом.
Потоки Фр и Фторм зависят в основном от тока, пи-
тающего трансформаторы тока; поэтому величина Мп
тем больше, чем больше кратность сквозного тока.
На фиг. V, 28 (кривая 2) приведена пример-
ная характеристика реле транслей. По оси
ординат отложены токи трогания реле, а по
оси абсцисс эквивалентные тормозные токи
или приближенно токи сквоз-
*торм
торм -
2
ного замыкания i3 ^ i\ =^= /1Ь протекающие через
первичную обмотку реле. За г0л т реле транслей
192
,реле
V,30. Реле транслей с оiдельным
тормозным электромагнитом.
обеспечивает
селектив-
него замыкания
ную работу.
При повреждении в защищаемой зоне и в
случае одностороннего питания Ф2 в (V, 36)
резко возрастает и Мраб становится больше
Мторм', реле замыкает контакты.
При внутреннем повреждении с малым то-
ком, например, при однофазном замыкании
через значительное переходное сопротивление
и одновременно сквозном междуфазном корот-
ком замыкании с током большой кратности,
реле может не подействовать. Однако такое
совпадение может быть только в исключитель-
ном случае и при защите линий может не
учитываться.
Реле транслей имеет зависимую от тока
выдержку времени действия. На фиг. V, 29
приведена кривая t=f(ip) для реле ИТ-25, из
которой следует, что только при разности
токов во вторичных обмотках трансформаторов
порядка 10 А и выше реле действует относи-
тельно быстро (0,15-^-0,2 сек.). При малой
разности токов выдержка времени может ока-
заться весьма значительной.
В последнее время в связи с переходом на
новые типы магнитных систем ХЭМЗ начал
выпускать взамен ИТ-20 реле транслей ИТ-128,
в котором тормозной момент осуществляется
посредством специального электромагнита с
короткозамкнутым витком; обмотка электро-
магнита питается вторичным током трансфор-
маторов тока (фиг. V, 30). В таком выполне-
нии реле представляет реле с тормозной об-
моткой.
11. СРАВНЕНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
В целях сравнения рассмотренных способов
осуществления диференциальных защит на
фиг. V, 31 представлены их принципиальные
схемы и характеристики работы реле.
действием. Из рассмотрения характеристик
работы реле с тормозными обмотками (кривая бе
фиг. V, 316), блокирующего реле (кривая бв
фиг. V, 31 в) и реле типа транслей (кривая бе
фиг. V,31r) следует, что каждая из них в зна-
чительной мере способствует расширению ра-
бочей зоны Р по сравнению с тем, что поз-
воляет иметь простое максимальное токовое
\реле. . „ .--. ,;
Каждая из схем имеет свои присущие ей
преимущества и недостатки. Более детальное
сопоставление схем дано при рассмотрении
Фиг. V, 31. Прин-
ципиальные схемы
и { характеристики
действия диферен-
циальных защит с
реле.
«—максимальным токо-
вым; б— тормозными
обмотками; в— блоки-
рующим; г— трансле й
При построении характеристик по оси абс-
цисс отложены токи 1тоРм = 2 » по оси
ординат — токи в рабочей ббмотке реле (ip и
1Нб)\ зависимость тока небаланса от тока сквоз-
ного замыкания [(/«о-—/(*5),1тоРм^ 1з\ представ-
лена кривой оа, характеристика трогания
ip.m = f{lmapM) — КрИВОЙ бв.
На фиг. V, 31а представлена принципиаль-
ная схема и характеристика ip.m при примене-
нии простого максимального токового реле;
ip.m при любом токе повреждения остается
неизменным и равным ординате об. Выше бв
расположена рабочая зона Р.
При включении в цепь реле дополнитель-
ного сопротивления максимальное значение iH6
снизится. Зависимость 1Нб=/(1тоРм) будет со-
ответствовать кривой оа'. При этом ip. ы может
быть понижен до значения об*\
Все'же при этом ip,m может остаться весь-
ма большим, а чувствительность защиты низ-
кой. Если при замыканиях в пределах защи-
щаемой зоны ip = i\ (питание с одной стороны)
или iP = ii-\-in (питание с двух сторон) ока-
жется незначительным, то поврежденный уча-
сток может остаться не отключенным.
Более удовлетворительными в этом отно-
шении являются диференциальные защиты,
осуществленные при помощи реле с тормозным
13 Релейная защита
защиты отдельных элементов системе и, в част-
ности, при рассмотрении диференциальной за-
щиты трансформаторов. Здесь следует лишь
отметить, что вследствие относительной про-
стоты защиты при помощи реле с тормозными
обмотками получают наибольшее распростра-
нение.
Реле с тормозными обмотками и блокирую-
щие реле при рассмотренных схемах их вклю-
чения могут быть использованы., в диферен-
циальных защитах, осуществляемых на прин-
ципе равновесия токов. Ранее было установ-
лено, что защита на равновесие токов может
быть применена лишь для таких участков, дли-
на вспомогательных проводов у которых не
превосходит нескольких сот метров. При длин-
ных вспомогательных проводах резко снижает-
ся чувствительность защиты и ее нельзя прак-
тически использовать. Поэтому "схемы дифе-
ренциальных защит при помощи реле с тормоз-
ными обмотками и с блокирующими реле для
целей защиты линий в рассмотренном элемен-
тарном виде не могут быть широко исполь-
зованы.
Из рассмотренных принципиальных схем
диференциальных защит при помощи реле с
тормозным действием для целей защиты линий
может быть использована только защита при
помощи реле типа транслей, построенная на
193
принципе „равновесия напряжений" и приме-
нимая для защиты участков большой протяжен-
ности.
Реле с тормозными обмотками применяются
для защиты линий в специальных схемах.
Примером такой линейной защиты при по-
мощи реле постоянного тока с тормозными
обмотками является, например, защита НСВ,
выполняемая фирмой Вестингауз (гл. V, § 14).
12. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЛЕ С ТОРМОЗНЫМ ДЕЙСТВИЕМ
ОТ ВЫСШИХ ГАРМрНИК ТОКА НЕБАЛАНСА
Фирмой GEC [Л.4] разработан весьма ори-
гинальный тип защиты при помощи реле с тор-
мозным действием от высших гармонических
составляющих тока небаланса.
В основу создания такого реле положено
то обстоятельство, что при различных режи-
мах работы защищаемого участка формы кривой
тока в цепи диференциальной защиты от-
личны.
На фиг. V, 32 приведена кривая тока ip в
цепи диференциальной защиты при поврежде-
нии в пределах защищаемой зоны, а на фиг.
V, 33 — кривая тока в той же цепи при внеш-
них коротких замыканиях (ток небаланса).
VV\^ ' *АДАЛ-
Фиг. V, 33. Кривая тока
в цепи диференциальной
защиты при внешнем
замыкании. ._ _
Фиг. V, 32. Кривая тока в цепи
диференциальной защиты при
повреждении в пределах за-
щищаемой зоны.
В целях правильного действия защиты при
различных видах повреждения можно исполь-
зовать возможность получения тормозного дей-
ствия в реле от высших гармонических состав-
ляющих тока в цепи диференциальной зашиты.
Принципиальная схема реле показана на фиг.
V, 34. Токи ip, вторичной цепи трансформато-
ров тока диференциальной защиты проходят
через фильтры J и 2. Фильтр 1 настроен так,
что в цепь рабочей обмотки реле 5 поступает
только основная гармоника, фильтр 2, наобо*
рот, задерживает основную гармонику й про-
пускает только высшие гармоники. Ток выс-
ших гармоник через выпрямитель 8 поступает
в тормозную обмотку реле 7.
При замыканиях в защищаемой зоне в кри-
вой тока в цепи диференциальной защиты, как
уже отмечалось, содержится преимущественно
основная гармоника, ток в, тормозной обмотке
мал, и реле действует в сторону замыкания
контактов. Пр.и замыканиях вне защищаемой
зоны неправильное действие реле будет пред-
отвращаться благодаря тормозному эффекту от
высших гармоник тока и пропусканию через
рабочую обмотку реле только части тока .не-
баланса.
К защите
2Г противоположи,
кониа линии
Фиг. V, 34. Принципиальная схема диференциального ре-
ле с тормозным действием от высших гармонических.
Эти кривые показывают, что ток в цепи
диференциальной защиты при повреждении в
защищаемой зоне мало отличается от синусо-
идального, в то время как ток небаланса при
внешнем коротком замыкании содержит значи-
тельный процент высших гармоник (в основном
третью гармонику).
194
Вспомогаг*
Провода
Фиг. V, 35. Принципиальная трехрелейная схема дифе-
ренциальной защиты транслей.
Выпрямление высших гармоник тока имеет
целью устранение неблагоприятного влияния
на работу реле сдвига фаз между токами в ра-
бочей и тормозной обмотках.
Промежуточный трансформатор тока 4 сни-
жает ток в цепи реле до значения, допусти-
мого для выпрямителей и конденсаторов.
При благоприятных результатах эксплоата-
ционного опыта такое реле может найти ши-
рокое применение при диференциальной защи-
те шин, генераторов и трансформаторов.
13. ЗАЩИТА ЛИНИЙ ТИПА ТРАНСЛЕЙ
Схемы выполнения. Существуют три основ-
ных схемы защиты транслей для линий: трех-
релейная, двухрелейная и однорелейная.
Принципиальная схема трёхрелейной защи-
ты представлена на фиг. V, 35. Первичные об-
мотки реле присоединены к вторичным обмот-
кам трансформаторов тока по' схеме звезда.
Вторичные обмотки присоединены к вспомога-
тельному кабелю. В целях сокращения числа
используемых жил кабеля вторичные обмотки
также соединены в звезду.
Трехрелейная схема имеет то преимущество,
что чувствительность ее одинакова при всех
видах повреждений, причем при междуфазных
повреждениях действуют минимум два реле.
К недостаткам схемы следует отнести не-
обходимость четырех жил вспомогательных
проводов, что удорожает и усложняет защиту.
Чем больше вспомогательных жил, тем боль-
ше причин понижения надежности действия за-
щиты и тем труднее осуществить контроль за
их исправным состоянием.
Двухрелейная схема (фиг. V, 36) с этой точ-
ки зрения имеет некоторое преимущество, но
вместе с тем не обеспечивает одинаковую чув-
ствительность при различных видах поврежде-
ний. При междуфазных повреждениях в зависи-
мости от того, между какими фазами произой*
дет замыкание, чувствительность изменяется
в пределах отношения 1 -.у 3:2. Объясняется
это схемой присоединения реле /, обмотка
которого, разделенная на две равные части,
присоединена к трансформаторам тока фаз Л,
ЛВС
Вспомоеат.
провода
Фиг. V, 36. Принципиальная двухрелейная схема дифе-
ренциальной защиты транслей.
В и С зажимами 1, 2, 5 в соответствии с фиг.
V, 24. В случае замыкания между фазами дей-
ствует только реле /. Если замыкание произой-
дет между фазами Л и С, то защита с учетом
активно действующего числа витков первич-
ной обмотки реле будет иметь максимальную
чувствительность. Чувствительность защиты
примерно вдвое уменьшится, если произойдет
замыкание между фазами АВ или ВС, так как
активное число витков обмотки реле вдвое
уменьшится. При замыкании любой фазы на
землю реле 2 (фиг. V, 36) отключает повреж-
денный участок с одинаковой чувствитель-
ностью.
В последнее время для защиты линий при-
меняли упрощенную однорелейную схему (фиг.
V, 37), основным преимуществом которой яв-
ляется ее простота. Минимальное количество
вспомогательных проводов, равное двум, зна-
чительно упрощает их контроль, удешевляет
стоимость кабеля и облегчает эксплоатацию
защиты. Сокращается и число потребных реле.
Недостатком схемы является то, что при раз
личных видах повреждения чувствительность
защиты различна.
К вторичным цепям трех трансформаторов
тока, установленных на каждой фазе защищае-
мой линии, присоединен добавочный трансфор-
матор (фиг. V, 37). Реле присоединено к вто-
ричной обмотке этого трансформатора.
Добавочный трансформатор, имеет три пер-
вичных обмотки /, 2 и 3. Обмотка 3 содержит
вдвое большее число витков, чем равные меж-
ду собой обмотки J и 2. При одном и том же
токе число первичных ампервитков трансфор-
матора зависит от вида повреждения. _Трех-
фазному замыканию соответствует ]/з A W
двухфазному в зависимости от сочетания фаз
или 2 AW (для АС) или AW (для АВ и ВС).
При однофазных замыканиях на землю чис-
ло первичных ампервитков изменяется еще бо-
лее значительно. Замыканию фазы А соответ-
ствует 3 АУ7(ампервитки обмоток 7 и 3 сум-
мируются); замыканию фазы В соответствует
2 Л'ЙТ^ампервитки обмотки 3); замыканию фазы
-С соответствует AW (разность витков обмоток
J и 2). В соответствии с этим и чувствитель-
ность защиты при однофазных замыканиях в
А В С
Фиг. V, 37. Принципиальная однорелейная схема дифе-
ренциальной защиты транслей.
/
зависимости от того, какая фаза повреждена,
изменяется в пределах отношения 1:2:3 (см.
также гл. II, § 13).
Необходимо отметить, что при выборе iPtfn
защиты следует учитывать iH6 при сквозных
коротких замыканиях на фазе, обусловливаю-
щей наибольшую чувствительность защиты.
Поэтому разная чувствительность защиты обус-
ловливает ее загрубление при однофазных ко-
ротких замыканиях на двух других фазах.
Однорелейная схема может оказаться недо-
статочно чувствительной к однофазным замы-
каниям и, следовательно, может быть приме-
нима к защите линий в системах с глухим за-
землением нулевой точки только при условии,
что пониженная чувствительность при некото-
рых видах повреждений допускается требова-
ниями, предъявляемыми к защите.
Необходимо отметить, что для сетей с ма-
лыми токами однофазного замыкания на землю
целесообразно применять двухфазные одноре-
lu«
195
лейные схеЦы, получаемые, например, исклю-
чением из схемы фиг. V, 36 реле 2 или вклю-
чением первичной обмотки реле транслей на
разность токов двух фаз.
При наличии на линии трубчатых разрядни-
ков схема для предотвращения неправильных
срабатываний часто снабжается токовыми мгно-
венными реле, контакты которых соединяются
последовательно с контактами реле транслей
и действуют на выходное промежуточное реле.
Продольная диференциальная защита, в частно-
сти, защита транслей, требует обязательного
применения вспомогательных проводов. Вспо-
могательные провода защиты выполняются
обычно в виде многожильного бронированного
кабеля с резиновой изоляцией или иногда те-
Фиг. V, Ж Примерное расположение кон-
трольного кабеля, проложенного в земле.
лефонного кабеля с бумажной изоляцией, про-
ложенных в большинстве случаев в земле,
вдоль трассы линии высокого напряжения (фиг.
V, 38) (незначительная удаленность показана
условно).
По условиям трассы, например, во избежа-
ние разрушающего действия паразитных токов
от трамваев и т. д., разъедающих проложен-
ный в земле кабель, соединительные провода
(в виде того же кабеля) могут быть в исклю-
чительных случаях и подвесными.
Соединительные провода создают целый ряд
затруднений при использовании защиты. Повы-
шая первоначальные затраты на защитное обо-
рудование, вспомогательш>1е провода кроме
того (и это особенно важно) резко снижают
эксплоатационные качества защиты.
В вспомогательных проводах, как указыва-
лось выше, возникают емкостные токи. Кроме
того при прокладке кабеля в непосредствен-
ной близости от линий высокого напряжения
в его жилах могут возникать еще и токи влия-
ния.
196
Емкостные токи. Емкость между отдель-
ными жилами кабеля и между жилами и зем-
лей обусловливают возникновение в вспомога-
тельных проводах защиты емкостных токов.
Емкость между отдельными жилами соедини-
тельных проводов бронированного кабеля с ре-
зиновой изоляцией имеет значение порядка
0,06 — 0,15 [xF/km. При замыкании одной жилы
на землю емкость здоровых жил по отноше-
нию к поврежденной имеет еще большее зна-
чение.
Наличие емкости примерно в 1 jaF и более
может, как показывает опыт, повести при ис-
пользовании реле транслей уже к неправиль-
ному действию защиты. Это объясняется тем,
что протекающий по вторичной обмотке реле
емкостный ток создает поток Ф2,
взаимодействие которого с ФР вы-
зывает вращающий момент.
Емкость между соединитель-
ными проводами не достигает
(при учете и случая замыкания
одной жилы на землю) опасных
для действия защиты величин, если
длина защищаемого участка линий
не превосходит примерно 15—20 km.
Токи влияния. Так как кон-
трольный* кабель расположен ино-
гда вблизи высоковольтных линий
(фиг. V, 38), то в его жилах могут
возникать э. д. с, вызываемые яв-
лением электромагнитной индукций
и называемые э. д. с. влияния.
При нормальном режиме работы
высоковольтной линии э. д. с. влия-
ния незначительны, так как сумма наведен-
ных в каждой жиле кабеля э. д. с. от магнит-
ных потоков трех фаз высоковольтной линии
близка к нулю. При замыкании на землю про-
вода высоковольтной линии* э. д. с. влияния
в вспомогательных проводах значительно воз-
растают за счет появления магнитного потока,
обусловленного токами нулевой последова-
iтельности.
Величина э. д. с. влияния Ев> наводимая в соедини-
тельных проводах, при параллельном расположении ка-
беля по отношению к высоковольтной линии, приближен-
но может быть выражена [Л, 5J уравнением:
Eg = ki<l-<0Mt (V.39)
где /—влияющий ток линии электропередачи,-
/ — длина участка кабеля, для которой определяет*
ся Ев; .j
k — коэфициент, учитывающий экранирующее дейст-
вие оболочки кабеля;
®М — реактанс взаимоиндукции между линией и кабе-
лем, зависящий от расстояния между ними и про-
водимости почвы.
Ев в отдельных жилах кабеля за счет малого
расстояния между ними разнятся незначитель-
но и направлены в одну сторону. Поэтому они
Фиг. V, 39. Диаграмма
распределения э. д. с.
влияния по длине вспо-
могательных . проводов
при замыкании на землю
на конце участка.
обусловливают в исправных соединительных
проводах ток влияния, близкий к нулю.
Опасным для защиты ток влияния оказы*
вается при повреждении в вспомогательных
проводах. Нарастание э. д. с. Ев вдоль кабеля
происходит пропорционально длине /. Для ра-
счетов вводится среднее значение э. д. с, рав-
ное для рассматриваемого случая 0,5 Z?e. В слу-'
чае замыкания жилы кабеля на землю, в непо-
средственной близости от защитного устрой-
ства (фиг. V, 39), через вторичную обмотку
реле пройдет максимальный ток по пути: об-
мотка реле, место пробоя одного провода,
емкость по отношению к земле другого про-
вода. Этот ток в основном будет определять-
ся 0,5 Ев неповрежденного провода и его ем-
костью по отношению к земле. Электродви-
жущая сила поврежденного провода на вели-
чину тока, протекающего через обмотку реле,
влиять не будет.
Полагая равномерно распределенную емкость сосре-
доточенной в середине участка, получаем
; 0,5 Ёв
Пренебрегая сопротивлением реле Z и провода ка-
беля 2Л по сравнению с его емкостным (провод-земля)
сопротивлением Xq (обычно в несколько сот раз больше),
получаем
Ic = j<*CEcp, (V.-41)
где Еср— среднее значение э. д. с. влияния, равное 0,5 Ев-
Практически замыкание на землю часто происходит
через Rn; поэтому действительный ток может быть
меньше: ,?
(V, 40)
1с-
-ср
У*£+;
(V.42)
Наименьшее значение (равное нулю) Iq имеет при
замыкании жилы на половине длины кабеля, так как
в этом случае в контуре, образующемся при поврежде-
нии, действуют (фиг. V, 39) две равные и противополож-
но направленные э. д. с. Ев двух проводов.
Протекая по обмотке реле, ток влияния мо-
жет привести к неселективному действию за-
щиты. Опасным с точки зрения неселективного
действия реле транслей является ток порядка
6 —10mA в зависимости от установленного^. т.
Кроме этого э. д. с. влияния могут оказаться
опасными для изоляции аппаратуры.
В целях ограничения э. д. с. влияния необ-
ходимо стремиться прокладывать вспомогатель-
ные провода на таком расстоянии от трассы
линий высокого напряжения, чтобы наводимые
э. д. с. по возможности не превосходили до-
пустимых величин порядка 250 V.
Назначение контроля исправности вспомо-
гательных проводов. Для предотвращения воз-
можности срабатывания реле при замыкании
между вспомогательными проводами, а также
под влиянием наводимых э. д. с. следует обе-
регать кабель от возможных повреждений.
Число возможных механических повреждений
кабеля может быть значительно снижено, если
кабель проложить не прямо в земле, а в спе-
циальных асбест-цементных трубах или блоках.
Последнее облегчает также его эксплоатацию.
В целях устранения возможности неселек-
тивного действия при повреждении в соедини-
тельном кабеле защита транслей, как правило,
дополняется устройством для контроля исправ-
ности вспомогательных проводов.
Если соединительные провода надежны, а токи
трогания защиты больше максимальных рабо-
чих токов линии, допускается неавтоматиче-
ский контроль, периодически осуществляемый
обслуживающим персоналом. Если же токи
вспомогательные
лроводо
1 вторичная
с* оймотка
< реле
Фиг. V, 40. Принципиальная схема контроля исправности
вспомогательных проводов.
трогания защиты меньше рабочих токов, а в
особенности, когда сами вспомогательные про-
вода или условия их прокладки недостаточно
надежны, целесообразно осуществление авто-
матически действующего контроля.
Автоматический контроль необходим в ча-
стности для случаев, когда в качестве вспо-
могательных проводов, как это иногда стали
делать в последнее время, используются мало
надежные воздушные провода, прокладываемые
на столбах линий связи, идущих вдоль трассы
защищаемой высоковольтной линии.
Устройство для автоматического контроля исправ-
ности вспомогательных проводов. К устройству для
автоматического контроля вспомогательных проводов
предъявляются следующие основные требования:
1) контроль, должен обеспечить блокировку, т. е. вы-
ведение защиты из действия при всех тех повреждениях
в соединительных проводах (замыканиях между жилами
и жил на землю), которые способны вызвать ее неселек-
тивное действие; контроль должен в связи с этим реаги-
ровать и при замыканиях через Rn\
2) контроль должен сигнализировать или блокиро-
вать с последующей сигнализацией защиту при обрыве
в соединительных проводах в целях своевременного уст-
ранения дефекта;
3) устройство для контроля не должно значительно
снижать чувствительность и надежность защиты и увели-
чивать время ее действия.
Принципиальная схема для одного из возможных
вариантов осуществления контроля исправности вспомо-
гательных проводов защиты транслей представлена на
фиг. V, 40 [Л. 6].
197
Постоянный контроль исправности вспомогательных
проводов осуществляется тем, что по проводам защиты
транслей непрерывно проходит постоянный ток от неза-
висимого источника /, наложенный на переменный ток
вторичной цепи реле. Постоянный ток выбран потому,
что он не оказывает существенного влияния на характе-
ристики реле транслей, работающих на индукционном
принципе.
Практически в качестве источника постоянного тока
может быть установлен выпрямитель, работающий па-
раллельно с батареей сухих элементов напряжением 120 V.
В этом случае батарея предназначена для резервиро-
вания питания цепи контроля в момент отказа выпрями-
теля или при посадке напряжения (за счет, например,
короткого замыкания в защищаемой сети). Такие условия
работы создаются выбором соответствующих напряжений.
Замкнутый контур цепи постоянного тока с охватом
всей длины вспомогательных проводов и вторичных об-
моток реле создается резонансными
шунтами 2. Шунты 2 настроены на
резонанс напряжений промышленной
частоты и имеют поэтому ничтожное
сопротивление для переменного тока
и бесконечно большое для постоян-
ного. Вследствие этого для постоян-
ного тока исключается возможность
замыкания его только в цепи реле
онтроля и обусловливается путь
для его прохождения по цепи вспо-
могательных проводов защиты транс-
лей.
При действии защиты перемен-
ный ток может частично проходить
через цепь реле контроля. В целях
ограничения его величины, а тем
самым и предупреждения неправиль-
ного действия в этом случае кон-
троля, в цепь реле контроля вклю-
чены дроссели 3 или дополнительно
другие контуры.
Активное сопротивление 4 слу-
жит для повышения чувствительно-
сти контроля при замыканиях между
жилами кабеля через большие Rn
(см. ниже).
Действие схемы
1. Обрыв жилы контроль-
ного кабеля. Ток в реле кон-
троля исчезает, приходят в действие
реле минимального тока 5 и 6, вы-
водят защиту из действия и дают
сигнал обслуживающему персоналу.
2. Замыкание между жилами через Rn,
Переходное сопротивление Rn^l 500 — 2 500 Q является
уже опасным для защиты. При таком значении Rn защита
транслей может подействовать неселективно. При замы-
кании между жилами через Rn балластное сопротивле-
ние 4 снижает ток в цепи реле 5. Действуют реле 7 и «5,
выводят защиту из работы и дают сигнал. Реле 7 при
- своем действии разрывает дополнительно цепь постоян-
ного тока (в целях упрощения прохождение цепи по-
стоянного тока через контакты реле 7 на фиг. V, 40 не
указано) и этим обеспечивает срабатывание реле 5 при
замыкании через столь большие Rn, когда и наличие
балластного ропротивления недостаточно для его дейст-
вия.
3. Замыкание жилы контрольного к а*
беля на землю. В целях ,обеспечения контроля ка-
беля при замыканиях на землю источник постоянного
тока заземляется. Для заземления выбирается такая от-
пайка от батареи, при которой эквипотенциальная земле
точка в цепи контроля находится примерно в середине
добавочного, хорошо изолированного балластного сопро-
тивления 4. Соединительные провода при этом во всех
Фиг. V, 41. Полная схема однорелей-
ной защиты транслей с контролем
исправности вспомогательных про-
водов.
1,Y — трансформатор тока; 2,2' -*. реле транс"
лей; 3,3' — вспомогательный трансформатор
типа ВУ-125; 4,4' — реле максимального
тока ЭТ-61/10; 5,5' —реле промежуточное
ЭП-241; 6,6 -блинкер ЭС-91; 7,7'— кнопка
шунтирующая; 8 — реле контроля от замы-
каний на землю ЭТ-60 мод.; 9—реле ма-
ксимального тока контроля ПС, 16 т\\
10 — реле максимального тока контроля ПС,
4,2 тА; // — реле промежуточное ЭП-
401 * од. 48 V; 12 — реле минимального тока
контроля ПС, 4,2 тА; 13, 13' — шунт резо*-
нансный ВУ-13; 14 — батарея контроля
120 V; 15— сопротивление балластное ВУ-58; 16 — реле промежу-
точное ЭП-401, 110 V; 17— кнопка пускового контроля; 18— сопро-
тивление добавочное ВУ-51; 19,19' — дроссель — ДС-60; 20,20' —
переключатель УП; 21,21'—лампа сигнальная; 22,22' — рубильник двух-
полюсный; 23,23' — зажимы испытательного контроля; 24,24' — а-
кладка; 25,25' — миллиамперметр МУМ 0 — 50 тА.
198
точках имеют по отношению к земле определенный по-
тенциал, отличный от нуля.
При замыкании одной жилы кабеля на землю сраба-
тывает реле 6, выводя защиту из действия и подавая
сигнал. При действии реле 8 должна выводиться защита
й противоположного конца линии. С этой целью реле 8
при своей работе разрывает цепь тока контроля (на схе-
ме не показано) и приводит тем самым в действие
и реле 5.
Полная принципиальная схема рассмотренного конт-
рольного устройства для двухпроводной схемы защиты
дана на фиг. V, 41.
Общие выводы. В результате рассмотрения
диференциальной защиты типа транслей для
линий можно отметить следующие ее преиму-
щества по сравнению с принципиальными схе-
мами, основанными на равновесии токов или
напряжений:
% 1) имеет тормозное действие, что дает воз-
можность повысить ее чувствительность при
внутренних повреждениях и устранить опас-
ность неселективного действия от iH6 при сквоз-
ных коротких замыканиях;
2) в качестве вспомогательных проводов
как защита, основанная на равновесии напря-
жений, позволяет использовать жилы малого
сечения (1,5-^-2,5 mm2);
3) позволяет применить нормальные транс-
форматоры тока.
К недостаткам защиты следует отнести:
1) необходимость вспомогательных прово-
дов и контроля их исправности, что усложняет
и удорожает защиту;
2) время действия защиты за счет несовер-
шенства конструкции реле относительно ве-
лико;
- 3) защита может действовать каскадно
в кольцованной сети в том случае, если рас-
пределение тока повреждения будет таково,
что с одной из сторон к месту повреждения
на линии подтекает незначительный ток корот-
кого замыкания;
4) при действии денежных разрядников реле
вследствие наличия у них большого инерцион-
ного выбега могут прийти в действие. Для пред-
отвращения неправильного действия защиты,
несмотря на большое собственное время ее
срабатывания, требуется при наличии таких
разрядников дополнительное блокирующее уст-
ройство (обычно реле максимального тока мгно-
венного действия, имеющие ничтожный инер-
ционный выбег и малое время возврата, что
важно для предотвращения срабатывания схе-
мы при многократном действии разрядника,
и выходное промежуточно реле) и, следова-
тельно, дальнейшее усложнение защиты;
5) при использовании соединительных про-
водов малого сечения защита вследствие боль-
шого сопротивления вторичной цепи может
оказаться недостаточно чувствительной;
6) большая стоимость защиты (в основном
стоимость кабеля и его прокладки) при значи-
тельной длине линии, несмотря на возмож-
ность применения проводов малого сечения.
Принимая во внимание указанные сообра-
жения, а также и общие свойства продольной
диференциальной защиты, оценка которых дана
была выше, защита транслей устанавливается
на линиях, требующих мгновенного отключения
повреждений и не допускающих применения
более простых и дешевых защит:
а) напряжением HOkV и выше при дли-
не участков, не превосходящей примерно 10 —
15 km;
б) напряжением 35 kV при длине участков*
не превосходящих примерно 4 — 5 km;
в) напряжением ниже 35 kV при коротких
линиях, связывающих, например, между собой
станции на напряжении 6—10 kV.
На линиях HOkV и выше, большей протя-
женности, работающих в тех же условиях, по
экономическим и техническим соображениям
предпочтение должно быть отдано, например,
защите с высокочастотной блокировкой (см.
гл. VI).
На линиях 35 kV на участках большой дли-
ны обычно применяют дистанционную импе-
дансную защиту (см. гл. IV) или другие более
простые защиты.
Необходимо отметить, что в последние го-
ды делались попытки использования в качестве
соединительных проводов связи или отдельных
воздушных проводов, подвешенных на столбах
линий связи. Надежность этих проводов, как
правило, значительно ниже надежности защи-
щаемых линий. Поэтому выполненную таким
образом защиту в большинстве случаев можно
рассматривать как дополнительную, устанав-
ливая ее для ускорения отключений повреж-
дений.
Диференциальная защита транслей, несмот-
ря на некоторые весьма ценные ее качества,
все же не может быть отнесена к числу совер-
шенных продольных диференциальных защит.
К числу основных ее недостатков с этой точ-
ки зрения относятся относительно большое
время действия и сильно колеблющаяся чувст-
вительность при однорелейном выполнении,
что существенно для сетей с малыми токами
короткого замыкания.
Фирма Вестингауз разработала схему про-
дольной диференциальной защиты типа НСВ,
которая имеет более высокие качественные по-
казатели.
14. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИИ ТИПА НСВ
Основные элементы, входящие в схему защиты.
Принципиальная схема диференциальной защиты НСВ
(High speed Current Balanced) представлена на фиг. V, 42.
Ее практическое исполнение возможно как по схеме
с циркулирующими токами, так и по схеме с уравнове-
шенными напряжениями.
199
На фиг. V, 42 приведена схема с циркулирующими
токами. Сравнение токов в начале и в конце защищае-
мого участка осуществляется с использованием вспомо-
гательных проводов. Комплект защиты для одного конца
защищаемой линии состоит [Л. 7 и 8] из комбинирован-
ного фильтра /, насыщающегося трансформатора 2, нео-
новой лампы 3, двух комплектов купроксных выпрямите-
лей 4, диференциального поляризованного реле «5.
Каждый комплект защиты присоединяется к вспомо-
гательным проводам через изолирующий трансформатор 6.
Комбинированный фильтр. Комбинирован-
ный фильтр / питается от трансформаторов тока, уста-
новленных на каждой фазе защищаемой линии. Вторичные
обмотки трансформаторов тока соединены в звезду.
ha Гм1
I тп*г
I I Фильтр |
I Фильтр
AAAW
f | Фильтр \
вспомогательные ~| I
провода "IKaM/v"
ЙвЗ йзйЙ8
Фиг. V, 42. Принципиальная схема защиты НСВ.
При протекании по фильтру токов на его зажимах тп
(фиг. V, 43) появится напряжение Uq, определяемое вто-
ричными токами трансформаторов тока и параметрами
фильтра.
Полное сопротивление взаимоиндукции между обмот-
ками фаз В и С трехобмоточного реактора фильтра и его
фазой А связывается с активным сопротивлением Rx
в фазе А соотношением: ZM=j—7=" •
уз
Такой подбор параметров реактора позволяет исклю-
чить участие токов отрицательной последовательности
в создании напряжения на выходе фильтра.
Если принять направление от т к п за положительное
направление напряжения Uq, го согласно схеме фильтра
и принятого на ней условного положительного направ-
ления токов при отсутствии нагрузки напряжение Uq мо-
жет быть представлена геометрической суммой отдельных
составляющих
Ut
= (U + *B+ic)R*+URi-
—J
7s/c+y /f
lB>
(V,43)
где Rq — активное сопротивление в нулевом проводе
фильтра.
Принимая ток фазы А, по которому отстроен фильтр,
за основной и приведя (пользуясь методом симметрич-
ных составляющих) к нему токи фаз В и С, уравнение
(V,43) можно представить в виде:
Щ = («о + *i) (/д! + 1М + h ) + (Ro+J -^j=) X
X [aVAl + alM + /0 ) + (*o -J -j=) X
где IA1, IA2 и /0 — токи положительной, отрицательной
и нулевой последовательности и а =
= «/"*.
Собирая члены с токами одинаковых последователь-
ностей и принимая во внимание, что
Wo + RD'm + (*<>+/7т) аз/л1 +
*1
Vs)
= /д1^+/а2/Д1^-М
Ri
-2fMRlt (V.45)
(R0+R1) /42 "b(#o +/ у=^ а/А2 +
- 'лЛ +Mas -^i- - /я^2 -^ - О, (V, 46)
Л
т
ь+ь+ь и0
п
Фиг. V, 43. Комбинированный фильтр защиты НСВ.
получим:
/7-2/? (i ■ ^±^/U
= 2#1(/Л1 + */0),
(V, 47)
где £ =
3#0 + /?!
2/?t
■коэфициент фильтра.
Значение Uq может быть получено и построением
векторной диаграммы фильтра. На фиг. V, 44 она выпол-
нена для частного случая замыкания на землю фазы С.
На фиг. V, 44а показана векторная диаграмма тока
повреждения в предположении, что тома в неповрежден-
ных фазах нет, а на фиг. V, 446 диаграммы для токов от-
дельных последовательностей. На фиг. V, 44в даны век-
торные диаграммы для отдельных составляющих напря-
жения Uq, обусловленных токами положительной, отри-
цательной и нулевой последовательностей. Сопротивле-
ние взаимоиндукции ZM принято чисто реактивным.
При значении реактанса взаимоиндукции, принятого
в \/3 раз меньшим Rlt величина Uq получается незави-
сящей от составляющей напряжения отрицательней по-
следовател ьности.
На фиг. V, 44г величина напряжения Uq, соответст-
вующая (V, 47), получается как сумма отдельных соста-
вляющих положительной и нулевой последовательностей.
В соответствии с этим фильтр называют комбиниро-
ванным фильтром токов положительной и нулевой по-
следовательности.
Так как Uq на зажимах фильтра тп при заданном
сопротивлении цепи реле и вспомогательных проводов
определяет собой и значения токов в этой цепи, то Uq
в известной мере характеризует собой и чувствитель-
ность защиты.
При выбранном значении дополнительных сопротив-
лений /?! и Rq напряжение Uq:пропорционально геомет-
рической сумме токов в положительной последователь-
ности и приведенных (к фильтру) токов нулевой после-
200
о ■
'<*
а)
\
0
•)
»ui ,
iff
Ль
-if -&-
£о^г.
з/0/?0
f
U0=3I0R0+i0Rt
Uo=u0]+Uoz+u0o* г)
=2i1R1+3i0H0H0R=:
Фиг. V, 44. Векторные диаграммы токов и напряжений
комбинированного фильтра защиты НСВ.
довательности. Для одних и тех же значений токов по-
вреждения Uo, а следовательно, и чувствительность за-
щиты будут зависеть от значения Rt и R0.
При междуфазных повреждениях (когда /0 отсутст-
вует) в соответствии с (V,47)
и0=21А1Яг.
(V.48)
Чувствительность защиты в этом случае регулирует-
ся только сопротивлением Яг. При замыканиях между
двумя фазами чувствительность всегда оказывается
в уПГраз меньшей, чем при замыканиях между тремя фа*
зами, так как в этом случае ток положительной после-
довательности в }/1Граз меньше полного тока поврежде-
ния, определяющего напряжение U0 при трехфазном ко-
ротком замыкании (/2 = 0;.
При замыканиях на землю, как видно из (V, 47) и вы-
ражения для kt чувствительность определяется сопротив-
лениями /?! и R0.
В защите НСВ регулирование сопротивлений и коэ-
фициента фильтра осуществляется в пределах для /?2 —
от 0,075 до 0,15 Q; для /?0 — от 0,39 до 1,15 Q; для k — от
4,4 до 32,5.
Подбирая соответствующий коэфициент фильтра k,
можно обеспечить необходимую чувствительность защи-
ты и при замыканиях на землю.
При замыкании на землю одной фазы £/0 имеет наи-
большее значение, причем замыкания фаз В и С обуслов-
ливают несколько меньшее Uq, чем замыкание фазы А.
Насыщающийся трансформатор. Проме-
жуточный трансформатор 2 выполнен быстро насыщаю-
щимся. При токах выше тока насыщения трансформатор
фактически придает схеме характер устройства, реаги-
о +
Фиг. V, 45. Принципиаль-
ная схема поляризован-
ного диференциального*
реле.
рующего не на разность величин токов, а только на пж
направление. Обмотки трансформатора имеют отпайкиьЧ
что дает возможность дополнительно регулировать чув-
ствительность защиты.к
Неоновая ламда. Согласно фиг. V,42 неоновая
лампа присоединена к вторичной обмотке насыщающегося
трансформатора. При определенном значении напряже-
ния на вторичной обмотке трансформатора (порядка 80 V)
лампа загорается и этим ограничивает величину напря-
жения, подводимого к купроксным выпрямителям и по-
ляризованному реле.
Это, являясь защитой для купроксных выпрямителей^
придает еще более насыщенный вид характеристике
трансформатора и улучшает форму кривой напряжения,
действующего в вторичных цепях.
Купроксные выпрямители. Два моста куп-
роксных выпрямителей служат для питания поляризован-
ного реле (реле постоянного тока) от цепи переменного»
тока. Комплект выпрямителей,
включенных в цепь циркуля-
ции токов, питает одну об-
мотку реле (тормозную). Ком-
плект, включенный на разность
токов (параллельно вторичной
обмотке трансформатора 2),
питает другую обмотку реле
(рабочую).
Поляризованное
реле. В диференциальной
защите НСВ поляризованное
реле применяется как высоко-
чувствительное реле, способ-
ное реагировать не только на
изменение величины тока в
обмотке электромагнита, но и
на изменение его направления.
Принцип действия поляри-
зованного реле с двумя об-
мотками поясняется фиг. V, 45. Реле состоит Y3 постоян-
ного магнита У, электромагнита 2 и подвижного якоря 3.
На сердечнике электромагнита 2 размещены две обмотки:
верхняя (тормозная) и нижняя (рабочая).
Если при учете полярности обмоток предположить,
что в нижней обмотке тока нет, а в верхней он имеет
указанное на фиг. V, 45 направление, то подвижная часть
якоря электромагнита 3 будет притянута в сторону по-
люса S, так как результирующий поток электромагнита
направлен вниз и придает подвижному якорю N поляр-
ность, вызывающую притяжение его R полюсу «S. Контак-
ты реле при этом разомкнуты.
При наличии тока в нижней обмотке положениеподвиж-
ного якоря меняется. Число витков нижней (рабочей) обмот-
ки в несколько раз больше, чем число витков верхней (тор-
мозной) обмотки. Если, следовательно, в рабочей обмот-
ке ток будет иметь достаточную величину, то результи-
рующий поток с учетом направления тока в обмотках
уже будет направлен вверх. Полярность подвижного яко-
ря изменяется и будет вызывать притяжение его к по-
люсу N. Контакты реле при этом замкнутся — реле по-
действует на отключение.
Изолирующий трансформатор. Два комп-
лекта защиты, установленные в начале и в конце защи-
щаемой линии, присоединены к цепи вспомогательных
проводов через изолирующие трансформаторы. В цепи
вспомогательных проводов защиты НСВ в условиях экс-
плоатации (как и при защите типа транслей) могут воз-
никать высокие напряжения, опасные для защитного обо-
рудования. Для устранения такой опасности применяют
изолирующие трансформаторы 6 (фиг. V, 42), выполнен-
ные с ненасыщающимся сердечником.
Средние точки вторичной обмотки изолирующих
трансформаторов при недопустимых значениях э. д. с.
влияния обычно заземляются. Это также уменьшает ве-
роятность неправильного действия защиты при повреж-
201
дениях соединительных проводов (например, при обрыве
одного провода). '
Действие защиты. При нормальном режиме работы
и при сквозном коротком замыкании U0 на зажимах тп
насыщающихся трансформаторов будут примерно равны
по величине, но сдвинуты на 180° вследствие обратного
присоединения трансформаторов тока.
Так как напряжения на вторичных обмотках насы-
щающихся трансформаторов имеют тот же сдвиг, то во
вторичной цепи циркулирует ток. Выпрямленный цир-
кулирующий ток проходит по тормозным обмоткам реле
и создает момент в сторону размыкания контактов.
В том случае, когда повреждение произойдет в пре-
делах защищаемой зоны, например, при двухстороннем
питании, Uq с обеих сторон защиты или полностью или
близко совпадают по фазе. В цепи вспомогательных про-
водов ток имеет незначительную величину. Через рабо-
чую и тормозную обмотки реле протекают значительные
и приблизительно одинаковые токи. Реле обоих комплек-
тов при этом срабатывают и замыкают свои контакты.
При одностороннем питании срабатывают также оба реле.
При этом рабочая обмотка реле со стороны приемной
подстанции питается током по вспомогательным прово-
дам от вторичной обмотки изолирующего трансформатора
литающей стороны.
Время действия защиты около одного перио-
да (—0,016 сек.).
Увеличение сопротивления соединительных проводов
свыше определенной величины может привести к несе-
лективному действию защиты при сквозных коротких
замыканиях. Наоборот, значительные емкости между со-
единительными проводами приводят к уменьшению чув-
ствительности защиты.
Оценка защиты* Диференциальная защита НСВ
имеет следующие положительные качества:
1) при правильной настройке обладает высокой чув-
ствительностью к однофазным и междуфазным замыка-
ниям в защищаемой зоне, хотя чувствительность защиты
при разных видах повреждений оказывается все же не-
одинаковой;
2) допускает использование трансформаторов тока
нормальной конструкции;
3) имеет малое время действия;
4) не имеет зоны каскадного действия, отключая ли-
нию при достаточной величине тока в месте повреждения,
всегда с двух сторон;
5) для наладки и эксплоатации относительно проста.
К недостаткам этой зашиты в первую очередь отно-
сится возможность неселективного действия при обрыве
вспомогательных проводов4, когда реле может сработать
счет нормального нагрузочного тока.
При замыканиях между вспомогательными проводами
вследствие увеличения 1торм и уменьшения 1раб чувст-'
вительность защиты понижается, и при /?л = 0 защита
действовать не может.
Для контроля состояния вспомогательных проводов,
-г. е. сигнализации повреждений в них и блокировки дей-
ствия защиты, необходимы дополнительные устройства,
удорожающие и усложняющие ее. Поэтому, если это
представляется возможным, целесообразно выбирать ток
трогания защиты больше, чем рабочий ток. Тогда уст-
ройства контроля можно выполнять упрощенными с дей-
ствием только на сигнал.
15, ПОПЕРЕЧНЫЕ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ
ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Передача электрической энергии потреби-
телям по нескольким параллельным линиям'
является одним из способов, обеспечивающих
их бесперебойное снабжение при выходе од-
ной линии из работы.
Наиболее широко распространены двойные
параллельные линии. Однако такие линии обыч-
но целесообразно применять только при усло-
вии, что при коротком замыкании на одной
из линий отключится именно поврежденная, а
неповрежденная останется в работе. Парал-
лельные линии применяют и в том случае,
когда пропускная способность одной цепи
оказывается по мощности недостаточной. В
этом случае две параллельные линии иногда
присоединяют к сборным шинам через один
общий выключатель.
Защита параллельных линий может быть
выполнена на основе тех же принципов, что
и для одиночных линий. Однако в данном случае
можно использовать и другие способы. В за-
висимости от схемы присоединения параллель-
ных линий к шинам и условий питания приме-
няются следующие специальные типы дифе-
ренциальных защит:
1) диференциальная токовая поперечная за-
щита;
2) диференциальная направленная попереч-
ная защита;
3) балансная токовая защита.
16. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ
ЗАЩИТА
При способе присоединения двух параллель-
ных линий к шинам через один общий выклю-
чатель, имеющем распространение в кабельных
Фиг. V, 46. Принципиальная схема диференциальнэй то-
ковой защиты двух параллельных линий.
сетях напряжением 10 kV и ниже, диференци-
альная защита может быть осуществлена до-
статочно просто.
Так как обычно длина, материал и сечение
сдвоенных участков являются одинаковыми, то
и токи в них при нормальном режиме и сквоз-
ных коротких замыканиях должйы быть равны
между собой.
В таком случае вместо продольной дифе-
ренциальной токовой защиты с большой дли-
ной соединительных проводов между отдель-
ными подстанциями может оказаться достаточ-
ным установить простую поперечную дифе-
ренциальную токовую защиту.
202
Принципиальная схема такой защиты в од-
нолинейном выполнении для двух параллель-
ных линий с односторонним питанием приве-
дена на фиг. V,46. Исходя из схемы соедине-
ния вторичных обмоток трансформаторов тока
и реле, защиту эту часто называют диференци-
альной токовой „восьмерон&ой" защитой.
Из фиг. V, 46 следует, что при нормальном
режиме работы и при сквозном коротком за-
мыкании Л =/п. Принимая за положительное
направление тока слева направо, получим, что
через реле проходит разность токов:
1р пп
(V,49)
При одинаковых пт трансформаторов тока
эта разность в идеальном случае равна нулю.
В действительности через реле протекает не-
который 1Нб, величина которого зависит, с
одной стороны, от точности совпадения харак-
теристик трансформаторов тока, а с другой
стороны — от разности Л и 7ц.
Токи в коротких кабельных линиях даже
при совершенно одинаковых по длине и сече-
нию параллельных ветвях могут значительно
отличаться друг от друга, например, вслед-
ствие различных переходных сопротивлений в
разъединителях, часто устанавливаемых на каж-
дой линии для отсоединения любой
из них (см. гл. И, § 11).
ip m должен выбираться больше ма-
ксимального значения 1Нб\
lp.m === Rн 1нбmax * (v,OUj
где £й> 1 — коэфициентг надежности.
Если повреждение произойдет на
одной из защищаемых линий (например,
в точке F4), то распределение токов
в линиях изменится.
Через реле пройдет ток
По условиям эксплоатации та или другая
линия может быть вйведена из работы. Тогда
диференциальная защита должна выводиться
из действия, ч а оставшаяся в работе линия
должна защищаться другой резервной защитой.
В противном случае при прохождении через
реле полного вторичного тока оставшейся в
работе линии, который может оказаться (имея
в виду также и внешние короткие замыкания^
больше тока трогания защиты, она неселек-
тивно отключит нормально работающий участок.
Выведение защиты обычно осуществляется
разрывом цепи оперативного тока на контак-
тах разъединителей (фиг. V,47).
Принцип поперечной диференциальной за-
щиты основан на сравнении токов в двух па-
раллельных ^линиях. Исходя из этого, необхо-
димо иметь в виду, что при выбранном токе
трогания может практически быть случай, ко-
гда разность Ji — In даже при повреждении
в защищаемой зоне окажется меньше ip.m. Из
фиг. V,46 следует, например, что если на уча-
стке с односторонним питанием произойдет
замыкание вблизи приемной подстанции, то
токи в линиях будут почти одинаковы.
ip будет возрастать по мере удаления места
повреждения от шин приемной подстанции в
LX- + 4 ; /
1р = Ч — *н.
(V.51)
Фиг. V, 47. Схема диференциальной токовой защиты параллельных
линий с двухсторонним питанием.
При ip^ip.m реле подействует и отключит
поврежденный участок от источника питания.
При одностороннем питании защита, уста-
новленная со стороны источника питания,
обеспечивает отключение участка при повреж-
дении в защищаемой зоне и поэтому необхо-
димость в установке комплекта защиты с при-
емной стороны отпадает.
Принципиальное выполнение поперечной ди-
ференциальной токовой защиты двух параллель-
ных линий, скоммутированных под один общий
выключатель и имеющих питание с двух сто-
рон, приведено на фиг. V,47. В данном случае
устанавливают уже два комплекта защиты со
стороны обеих подстанций.
При повреждении в защищаемой зоне ли-
ний с двухсторонним питанием отключение
производится с обеих сторон.
сторону источника питания. Если гр > ip,m толь-
ко при повреждении на участке L — /, а при
повреждении на участке l^ip<C.ip.m, то при по-
вреждениях в пределах всей длины / реле не
сможет подействовать.
Максимальную длину 1Х> в пределах которое
защита не работает вследствие недостаточной
ее чувствительности, называют мертвойзо-
ной поперечной диференциальной
токовой защиты.
Принято считать, что 'защита по чувстви-
тельности удовлетворяет предъявленным к ней
требованиям в том случае, если величина этой
мертвой зоны не превосходит —10% от длины
защищаемого участка. Длина мертвой зоны
моркет быть определена как графическим, так
и аналитическим способом.
В соответствии с фиг. V,48 длина мертвой
203
зоны защиты, установленной со стороны пи-
тающей подстанции, обозначена через /''л, со
стороны приемной подстанции через 1"х. Общая
длина участка предполагается равной L. Со-
противления параллельных линий принимаются
равными. Ток короткого замыкания Iki проте-
кающий через место повреждения, независимо
от расположения последнего, принимается не-
изменным. За расчетный для простоты принят
случай одностороннего питания, как наименее
благоприятный с точки зрения чувствительно-
сти защиты (к месту повреждения подтекает
меньший ток).
Необходимо отметить, что в некоторых
случаях такой режим, как маловероятный, при
Г~
"^
я
^ЧЛ4
1
.<$
^j^><
\Iprn
yfp'ih
{Пъ^
i
С5
{
t;
Фиг. V, 48. Графическое определение мертвой зоны ди-
ференциальной токовой защиты.
определении Жертвой зоны может не учиты-
ваться.
В случае междуфазного замыкания, напри-
мер, на линии / на расстоянии Vх от шин при-
емной подстанции, иначе говоря^ на границе
мертвой зоны защиты питающей подстанции,
полный ток в месте повреждения равен
/ж-Л + /ц.
(V,52)
Падение напряжений в обеих ветвях при
этом одинаково, т. е.
ных токов ветвей согласно (V,54) и (V,55)
(V,56)
(V,57)
откуда
Следует отметить, что такое же выраже-
ние для ip получается и при наличии двухсто-
роннего питания.
Принимая во внимание, что на границе мерт-
вой зоны ip = ipMt можно из (V,57) получить
// 1р.т Пт Т
1 х 7 L*
М. и-
(V.58)
В процентах по отношению к общей длине
линии
1'%
р.тПп
-•100.
(V,59)
Рассматривая повреждение на противопо-
ложном конце участка, на расстоянии Г от
шин питающей подстанции (фиг. V,48), нетруд-
но получить, исходя из тех же рассуждений,
выражение мертвой зоны Гх для защиты при-
емного конца.
Ток в реле в данном случае
пт L-nm
Полагая iD*=L
ьр.т.
I " =
р.т-Пт
L.
(V,60)
(V,61)
hz^L-l'J-InZ^L + i;).
(V,53)
Из (V,52) и (V,53) находим токи в отдель-
ных ветвях
h _L+rx
'п
2L
.I—l'x
' 2L
(V.54)
(V.55)
Ток в реле защиты питающей подстанции
согласно фиг. V.48 ~L — J-\ Разность первич-
204
Из сопоставления (V,58) и (V,61) следует,
ЧТ° l'x = l"x = lx, (V.62)
т. е. величины мертвой зоны при учете приня-
тых допущений на обоих концах защищаемого
участка одинаковы.
Графический способ определения мертвой зоны
приведен на фиг. V,486, где по оси абсцисс отложены
расстояния до места короткого замыкания от обоих концов
сдвоенной линии. По оси ординат отложены первичные
токи. Прямая 1р. /я, параллельная оси абсцисс, соответст-
вует выбранному току трогания реле (1Р. т = ip. m пт).
Наклонные прямые /i и /ц представляют токи в вет-
вях / и // и прямые Гр и 1"р — токи в реле диференци-
альных защит, установленных со стороны питающей и
у приемной подстанции.
Пересечению прямых Гр и 1"р с прямой 1р.т соот-
ветствуют на оси абсцисс отрезки V х и I»х% равные дли-
нам мертвых зон, в пределах которых защиты не дей-
ствуют.
Чтобы обеспечить отключение защищаемо-
го участка при выведении из работы одной из
параллельных линий при повреждении в пре-
делах мертвой зоны, при внешних замыканиях,
если не работает основная защита соответ-
ствующих элементов, при замыкании на шинах,
если нет специальной защиты шин, и при
недопустимых перегрузках, необходимо иметь
для параллельных линий еще дополнительную
защиту.
На фиг. V,49 в качестве дополнительной
защиты на общем выводе непосредственно
за выключателем установлена максимальная
токовая защита с зависимой характеристикой
времени действия. Типы дополнительных защит
в зависимости от типа и конфигурации сети
могут изменяться.
Достоинством диференциальной токовой
защиты является ее простота и быстрота
действия. К недостаткам необходимо в первую
очередь отнести наличие мертвой зоны и необ-
ходимость дополнительной защиты, что в зна-
осуществлены схемы с применением реле с
тормозными обмотками; при этом чувствитель-
ность защиты повышается.
17. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧ-
НАЯ ЗАЩИТА
Если две параллельные линии присоединены
к шинам с обоих концов через отдельные
выключатели, то защитить их поперечной
диференциальной токовой защитой невозможно.
Эта защита при повреждении в защищаемой
Фиг. V, 49. Схема дополнительной
защиты.
Фиг. V, 50. Принципиальная схема
диференциальной направленной за-
щиты параллельных линий.
Фиг. V, 51. Вариант блокировки дейст-
вия диференциальной направленной
защиты параллельных линий.
чительной мере усложняет и удорожает защит-
ное устройство. Кроме, того следует^ртметить,
что поперечная диференциальная токовая защи-
та применима только к двум параллельным
линиям, присоединенным к шинам через один,
общий выключатель и когда импедансы
каждой из линий мало отличаются друг от
друга.
Доперечная диференциальная токовая за-
щита применяется в кабельных сетях от мно-
гофазных замыканий.
В кольцованных сетях или радиальных се-
тях с несколькими источниками питания она
обеспечивает селективное отключение только
параллельных линий поврежденного участка.
На радиальных линиях с односторонним пита-
нием (фиг. V,49) она устанавливается только
в качестве вспомогательной защиты, ускоряю-
щей отключение повреждений, в том случае
если время действия основной защиты (напри-
мер, максимальной токовой) недопустимо ве-
лико, токовая отсечка не проходит и приме-
нение диференциальной защиты может повы-
сить надежность работы потребителей, при
посадках напряжения, или уменьшить сечение
линий за счет сокращения термического дей-
ствия тока короткого замыкания.
При рассмотрении принципиальных схем
диференциальной токовой защиты параллель-
ных линий предполагалось применение простых
максимальных токовых реле. Могут быть также
зоне будет отключать одновременно обе ли-
нии, так как она не способна различать, на
которой из них произошло повреждение.
При повреждении на одной из двух парал-
лельных линий в рассматриваемом случае тре-
буется, чтобы защита отключала только по-
врежденную линию. В качестве такой применя-
ется так называемая поперечная диференциаль-
ная направленная защита.
Защита эта часто состоит из двух одинако-
вых комплектов, установленных со стороны
питающей и со стороны приемной подстанций.
Принципиальная схема одного комплекта в
однофазном выполнении представлена на фиг.
V,50. Она состоит из пускового органа, напри-
мер, реле максимального тока 7 и реле на-
правления мощности 2. Токовые обмотки реле
1 и 2 приключены к трансформаторам тока,
соединенным на разность токов одноименных
фаз двух линий или, как часто называют „вось-
меркой". Ток в реле, как и; для поперечной
токовой защиты,
ip—ii —hi.
Напряжение к реле 2 подводится от транс-
форматора напряжения шин подстанций, на
которой установлен данный комплект за-
щиты.
Реле направления мощности имеет двух-
стороннее действие. При нормальном режиме
контакты пускового реле разомкнуты, защита
205
в действие не приходит. При замыкании на
одной из линий через обмотку реле / и токо-
вую обмотку реле 2 пройдет геометрическая
разность токов линий / и //.
Реле / подействует и замкнет свои контакты.
При наличии остаточного напряжения U на
шинах реле 2 также сработает. Реле 2 вклю-
чено так, что подвижный контакт при этом
отклонится в сторону неподвижного контакта,
относящегося к поврежденной линии. Плюс цепи
оперативного тока через блок-контакты вы-
ключателей и замкнутые контакты реле 1 п 2
будет подан на отключающую катушку вы-
ключателя и поврежденная линия отключится.
Питание]
Фиг. V, 52. Каскадное действие защиты.
На Ътключ.
От
тр-ра
напряжения
От тр-род
тока
От тр-ра
напряжений
Фиг. V,53. Схема вольтамперного пускового органа.
При. отключении одной из параллельных
линий защита автоматически выводится из
действия путем разрыва цейи отключения на
указанных блок-контактах выключателей.
Блокировка защиты имеет целью предот-
вратить неселективное отключение оставшейся
в работе линии в момент, например, сквозного
короткого замыкания, когда ток в реле / мо-
жет оказаться больше тока трогания. При на-
личии блокировки пусковой орган подействует
и реле 2 сработает на замыкание контактов,
но неповрежденная линия не отключится
вследствие разрыва цепи оперативного тока.
Блокировка предотвращает также непра-
вильное действие защиты при каскадном от-
ключении повреждения (см. ниже).
На фиг. V,50 блокировка осуществлена так,
что цепь постоянного тока проходит последо-
вательно через блок-контакты обоих выклю-
чателей.
Возможно и иное выполнение блокировки (фиг.
V,51), в котором постоянный ток для действия одного
из выключателей подается через блок-контакты выклю-
чателя параллельной линии. Однако последний способ
не имеет широкого применения.
206
Пусковой орган. Полагая длину, сечение и
материал проводов линий I и II одинаковыми,,
т. е. импедансы их равными, можно считать
распределение токов по линиям при нормальном
режиме и внешнем замыкании равномерным.
В таком случае ip будет незначителен и равен
1Нб. Однако реле 2, к зажимам которого при
нормальном режиме и внешнем удаленном по-
вреждении подводится достаточно большое на-
пряжение, под влиянием мощности небаланса
может замкнуть свои контакты. Чтобы при
этом не произошло неселективного действия
защиты, необходимо ip. m пускового реле / уста-
навливать больше максимального iH6 при сквоз-
ном коротком замыкании.
На цепь откл,-
в. г к
Наг цепь дтЫ
* ДА
Ь-С
От ер-ра
тока Фазу А.
Фкг. V, 54. Схемах однофазными реле направления мощ-
ности.
о l
Кроме того ip. т реле 7 должен быть также
больше максимального тока нагрузки линии. Вы-
зывается это необходимостью избежать непра-
вильного действия защиты при отключении од-
ного из выключателей. Действительно,, если на
конце одной из линий будет отключен выключа-
тель, например, выключатель 4 фиг. V, 52, в то
время как на другом конце выключатель 2 оста-
ется еще во включенном состоянии (что практи-
чески может быть при отключении линии вруч-
ную), то через обмотку пускового реле комплек-
та защиты на противоположном конце пройдет
рабочий ток линии. Если при этом ip. m пускового
реле меньше или равен рабочему току линии, то
реле может прийти в действие и при направлении
мощности от шин подстанции отключить и вто-
рую линию выключателем /.
Исходя из этих условий, ip. m пускового реле
выбирают, как и в максимальной токовой защи-
те, больше рабочего тока линии. Такой ip. т от-
вечает и первому условию, так как обычно
1нб max \ 'раб max-
При увеличении ip.m возрастает возможность
отказа в действии пускового органа. При по-
вреждении в непосредственной близости от шин,
например, близ приемной подстанции (фиг. V,52)
токи в линиях мало отличаются один от другого,
ip комплекта защиты противоположной подстан-
ции (питающей) может оказаться меньше ip,m и
защита не подействует. Защита же, установлен-
ная у места повреждения, где через реле
проходит двойной ток, придет в действие и
отключит поврежденную линию, но только со
своей стороны. Токораспределение в линиях
при этом изменится и защита на питающей
стороне также придет в действие. Такое после-
довательное или, как его называют, каскад-
ное действие защит, хотя и обеспечивает
отключение поврежденного участка, но приво-
дит к увеличению (примерно удвоению) времена
отключения, что естественно нежелательно.
Выше было отмечено, что подключение цепей
постоянного тока защиты через блок-контакты
на валах выключателей служит также для пред-
отвращения ее неселективного действия при
каскадном отключении повреждения. В* этом
случае после отключения выключателя повреж-
денной линии, в первую очередь только с одной
стороны, комплект защиты этой стороны может
ориентироваться на отключение выключателя
неповрежденной линии, через которую проте?
кает сквозной ток короткого замыкания.
В целях уменьшения величины мертвой зоны
пускового органа применяют в некоторых слу-
чаях взамен токового реле —реле минимального
напряжения с токовой блокировкой. Возможное
сочетание реле в этом случае показано на
фиг. V, 53.
Оперативный ток проходит последовательно
через контакты реле минимального напряжения
и максимального токового реле. Токовая блоки-
ровка употребляется затем, чтобы устранить
возможность действия защиты от 4б при за-
мыканиях вне защищаемой зоны, сопровождае-
мых значительным снижением напряжения. При
неодновременном отключении выключателей од-
ной из линий опасность неселективного отклю-
чения второй линии в данном случае отпадает,
так как напряжение на реле будет больше
напряжения трогания. Поэтому ip.m токовых реле
выбирается больше максимального iH6, но мень-
ше 1иом (порядка 40н-80% iH0M). Напряжение
трогания реле минимального напряжения выби-
рается меньше минимального рабочего напря-
жения иРаблшнС учеТОМ ke, Т. е. Wp.m
ираб мин
Применение реле минимального напряжения
в качестве пускового органа позволяет снизить
величину его мертвой зоны, не устраняя все
же ее наличия. Величина мертвой зоны токо-
вого пускового органа и пускового органа мини-
мального напряжения с токовой блокировкой
определяется тем же способом, что и мертвая
зона токовой диференциальной защиты.
Необходимо также отметить, что взаимодей-
ствие реле напряжения и тока осуществляется
обычно на практике более сложным образом
(см., например, фиг. V, 54).
Применение реле минимального импеданса
(см. гл. IV, § 13) в качестве пускового органа
в данном случае нецелесообразно. При повреж-
дении близ шин противоположной подстанции
ток в диференциально включенном реле мал,
а импеданс zP = -f велик, и защита оказывается
менее чувствительной, чем защита с пусковым
органом минимального напряжения.
Орган направления мощности. На фиг. V, 50
приведен вариант наиболее простого выполне-
ния защиты с реле направления мощности двух-
стороннего действия.
На фиг. V,54 при-
ведена одна из возмож-
ных схем с однофаз-
г)
ft.
6)
ь,
а)
Фиг. V, 55. Векторные диаграммы токов и напряжений на
зажимах реле направления энергии.
ными реле направления мощности односторон-
него действия. Каждое из трех реле, установ-
ленных на одной из линий (6 реле на одну схему
защиты), действует только на свой выключатель.
Действие реле направления при поврежде-
ниях на различных линиях можно установить,
пользуясь принципиальной схемой и векторными
диаграммами фиг. V, 55. Для простоты рассуж-
дений в схеме приняты реле с двухсторонним
действием, реагирующие на активную мощность
и включенные на ток и напряжение одноимен-
ной фазы.
Учитывая, что ip = h — in, принимая за по-
ложительные направления токов по фиг. V, 55а*
т. е. направления от шин, и полагая пт транс-
форматоров тока равным единице, можно пост-
роить векторные диаграммы и написать выра-
жения для мощности на зажимах реле питающей
и приемной стороны.
При построении диаграммы принято, что
мощность на зажимах реле при любом повреж-
дении достаточна для его действия.
207
При замыкании на линии / (фиг. V, 55 а) ток
в ней превышает ток в линии //.
Векторная диаграмма токов и напряжений на
зажимах реле направления, установленного с
питающей стороны, показана на фиг. V, 55 6.
Так как токи в первичных обмотках трансфор-
маторов тока обеих линий направлены от шин
и совпадают с принятым положительным нап-
равлением, то на диаграмме оба они и отложены
в одну сторону. Ток в реле направления нап-
равлен также в положительную сторону и отста-
ет от напряжения на угол <?р = ср*.
Мощность на зажимах реле
РР = ир ip cos <fp =up ip cos <?K • (V, 64)
Векторная диаграмма токов и напряже-
ний для реле приемной стороны показана на
фиг. V, 55 в. Ток /и в первичной обмотке транс-
форматора тока имеет обратное направление
«но отношению к принятому положительному
направлению и потому отложен в сторону,
^противоположную /i.
Определенный по (V, 63) ток в реле положи-
телен.
Хотя по величине Рр приемной стороны
может отличаться от Рр на питающей стороне,
но выражение для нее сохраняет тот же вид
(V, 64), что и для питающей стороны.
Таким образом реле питающей и приемной
стороны при повреждении на линии / действу-
ют на замыкание контактов одной и той же
стороны и, следовательно, при соответствую-
щем подключении обеспечат двухстороннее от-
ключение только поврежденной линии.
При замыкании на линии // ток h с питаю-
щей стороны будет меньше тока h i. Поэтому
i/v обусловленный их разностью (фиг. V*55r),
сдвинут от своего положительного направле-
ния на 180°, а от напряжения ир на угол
<р г=(180 + ?/Л. Поэтому для реле, установлен-
ного с питающей стороны, при замыкании на
линии //:
Р z=upip cos (180 + <р*) ^ — Upip cos <p*. (V, 65)
Векторная диаграмма токов и напряжений
для реле приемной стороны представлена на
фиг. V, 55д. В соответствии с векторной
диаграммой Рр с приемной стороны может быть
выражена уравнением (V, 65^. Изменение зна-
ка мощности в нем указывает на изменение
направления Мвр подвижной системы реле.
Благодаря этому реле питающей и приемной
стороны в данном случае при одном и том же
направлении Мвр замыкают контакты одной и
той же стороны, но уже противоположной по
сравнению с тем, что было при повреждении
на линии /.
Следовательно, в данном случае произойдет
двухстороннее отключение только линии //.
При наличии в схеме однофазных реле
направления мощности с односторонним дей-
208
ствием необходимо к реле линии // питающей
и приемной стороны подвести напряжение, по
фазе обратное напряжению, подведенному к
реле линии /. Тогда реле линии // будут дей-
ствовать на замыкание контактов при повреж-
дении только на линии // и на размыкание
контактов при повреждении на линии /.
Таким образом диференциальная направ-
ленная защита при повреждении в защищае-
мой зоне действительно позволяет не только
установить возникновение повреждения, но и
выбрать поврежденную линию.
В целях обеспечения правильного, выбора
поврежденного участка и высокой чувствитель-
ности защиты при повреждениях в защищаемой
зоне реле направления присоединяется к вто-
ричным обмоткам трансформаторов тока и нап-
ряжения в соответствии с соображениями,
приведенными в гл. III.
Напряжение к реле направления мощности
при этом может подводиться постоянно или
только в момент повреждения. Если к реле
направления подводить напряжение постоянно
(фиг. V, 50 и V,53), то под влиянием iH6 нор-
мального режима или сквозного короткого за-
мыкания оно может подействовать и замкнуть
свои контакты. При последующем поврежде-
нии в защищаемой зоне может при этом произой-
ти неправильное отключение неповрежденной
линии. Действительно предположим примени-
тельно к фиг. V, 50, что iH6 обусловлен раз-
ностью токов в линиях / и //, причем /i>/n.
Тогда реле направления, замыкая левый контакт,.
будет подготовлено к подаче импульса на от-
ключение линии./. Отключение не происходит
лишь потому, что контакты реле / остаются
разомкнутыми, так как его 1р.т^>1нб. При воз-
никновении короткого замыкания на линии //
пусковое реле сработает и замкнет свои кон-
такты. Реле направления, имея замкнутым ле-
вый контакт, может не успеть его разомкнуть
и допустить неправильное отключение непов-
режденной линии / вместо требуемого отклю-
чения линии //.
Устранить это можно, если напряжение к
реле направления подводить только в момент
возникновения повреждения, т. е. как это
показано, например, на фиг. V, 54. При w< ip.m
напряжения на зажимах реле направления нет.
Опасность неправильного действия его от iH6
таким образом исключается.
Вторым способом, позволяющим избежать неправиль-
ного действия защиты из-за предварительного срабаты-
вания реле под влиянием мощности небаланса, является
способ использования реле направления с удерживающи-
ми катушками (см. гл. III,§12). В целях упрощения
защиты и сокращения количества необходимых реле
обычно, как уже было сказано, стремятся в рассматри-
ваемых защитах применять реле направления двухсторон-
него действия. В существующих конструкциях реле с
удерживающими катушками, контактная система не может
удерживаться в среднем положении, что и является
причиной их редкого использования в диференциальных
направленных поперечных защитах.
Диференциальная направленная защита в
отдельных случаях может и при повреждении
в защищаемой зоне отказать в действии. Ранее
уже было отмечено, что при замыкании на
. противоположном конце защита имеет мертвую
зону по току. Диференциальная направленная
защита может не подействовать и при метал-
лическом замыкании между тремя фазами в
непосредственной близости от шил той подстан-
ции, на которой" она установлена. Остаточное
напряжение на шинах подстанции может оказать-
ся при данном виде повреждения недостаточ-
ным для того, чтобы обеспечить надежное
действие реле направления. Иначе говоря,
подведенная к реле мощность может оказать-
ся меньше его мощности трогания.
ления предполагаются однофазными. При повреждении на
некотором расстоянии / от шин приемной подстанции ток
в реле, как то было установлено [см. (V, 57)], равен
(V,66)
1К /
Если на зажимы реле подается линейное напряжение,
то величина его, определенная падением напряжения от
места повреждения до места присоединения трансформа-
тора напряжения, равна __
или, выражая /i через 1К согласно (V, 54)
Фиг. V,56. Изменение мощности трогания реле направле-
ния, установленного в схеме со стороны питания, в за-
висимости от места повреждения.
При повреждении вблизи приемной подстан-
ции реле направления мощности защиты, уста-
новленной с питающей стороны, может также
не подействовать вследствие незначительной
разности токов в отдельных линиях.
Таким образом диференциальная направлен-
ная защита, установленная с одной стороны,
может иметь две мертвых зоны по мощности.
Мертвая зона органа направления мощности. Вели-
чина мертвой зоны органа направления диференциальной
направленной защиты оаределяется путем расчета ив отли-
чие от мертвой зоны пускового органа для питающей и при-
емной стороны не является одинаковой.
При расчете выбирают условия, наименее благоприятные
для защиты с точки зрения возможности размера мертвой
зоны. За расчетное принимают замыкание между тремя
фазами без учета переходного сопротивления. Наименее
выгодным является также питание защищаемого участка
только с одной стороны, та; как ток в реле при этом
получается меньший.
Защищаемый участок двух параллельных линии пред-
ставлен схематическл на фиг. V, 56 а. Рассматривается
защита, установленная со стороны питания; реле иаправ-
14 Релейная защита
п^'пш
К реле при этом подводится мощность
(V.68)
/8-
£2 — /S
Рр = upipcas *р = J^£' *l -WT-bi*» (Ъ + ">• W№
где а —внутренний угол сдвига, присущий конструкции
реле (гл. III).
При повреждении на противоположном питающей
подстанции конце линии расстояние от шин до места
повреждения равно нулю (/=-0). В соответствии с (V,6o)
/я = 0, а из (V, 69) следует, что и Рр = 0. При поврежде-
нии в самом начале линии / % I. Из (V, 67) следует, что
зи
а)
Фиг. V, 57. Изменение мощности трогания реле направле-
ния " установленного в схеме с приемной стороны, в за-
' висимости от места повреждения.
пои этом ип = 0, а поэтому, как это вытекает и непо-
средственно из (V.69) и Рр = 0. Таким образом при по-
вреждении и в конце и в начале линии Рр = 0, и реле
направления не работает. По мере удаления места повреж-
дения от шин подстанции в глубь участка Рр возрастает.
Характер изменения Рр в зависимости от места поврежде-
ния представлен примерной кривой Рр = ;(/) (фиг. V, 56 6).
Если повреждение произойдет на границе мертвой зоны,
то Рр принимает значение Рр.т.
Принимая в (V, 69) Рр = Рр.т, приближенно считая
Ро т независимой от ip% и соответствующим образом
преобразуя (V, 69), можно получить уравнение для
определения величины мертвой зоны: 1Х — х:
2L*Pp.MnmtiH
(V.70)
*г~ У'З /Vicos (*>+«)
При решении (V, 70) получается два положительных
корня хх и хъ по которым можно определить мертвые
Гя = хх (V.7I)
для случая повреждения в конце линии и
l»x = L~x2 (V.72)
для случая повреждения в начале линий.
209
На фиг. V,56 б значение мертвых зон получается гра-
фически из пересечения кривой Рр с горизонтальной
прямой Рр.т*
Аналогично можно проанализировать действие защиты,
установленной и с приемной стороны (фиг. V, 57). В этом
случае при замыкании на
расстоянии L — / от шин
приемной подстанции, при-
нимая во внимание (V, ЬО),
(V,73)
это тем, что при одном и том же токе повреждения к
зажимам реле защиты приемной подстанции подводйтсй
согласно (V,68) и (V,74) меньшее напряжение, а следо-
вательно, и значительно меньшая мощность.
При коротком замыкании в мертвых зонах, опреде-
ляемых органами направления мощности и расположен-
ных у места установки данного комплекта защиты (/"),
последние, как правило, отказывают в действии. В этих
случаях повреждение отключается резервными защитами,
установленными на данных линиях или, если они также
имеют соответствующие мертвые зоны, защитами смеж-
ных элементов системы.
Питание
Фиг. V,58. Схема двухфазной
диференциальной направлен-
ной защиты для сетей с малыми
токами замыкания на землю.
апг. яжение, подведенное к реле,
1
ип
уз чк—gz—*i*
(V.74)
Подводимая к реле мощность
Полагая Рр = Рр,т и произведя необходимые преоб-
разования, можно получить уравнение для определения
величины мертвых зон 1Х = х:
2 L?Pp.mnmnH =
x* — Lx*-
(V.76)
/3 /^-SjCOsOpp + a)
По определенным нз (V, 76) положительным корням
л*! и х2 легко найти значения мертвых зон
4 = *i, (V,77)
С= L — х2. (V, 78)
Значения 1Х и 1Х" могут быть определены и графи-
чески, как показано на фиг. V, 57а и б. Мертвая зона для
защиты, установленной с приемкой стороны,' при одно-
стороннем питании получается больше, чем это было для
защиты, установленной со стороны питания. Объясняется
210
Фиг. V, 59. Случай^возможного неправильного
действия защиты по фиг. V, 58.
-FB заключение следует отметить, что отказы
правильно выполненных защит за счет недоста-
точной величины напряжения на зажимах реле
мощности при коротком замыкании в мертвых
зонах имеют- места чрезвычайно редко, так как
практически могут быть только при трехфазных
металлических коротких замыканиях.
Примеры выполнения схем попереч-
ных диференциальных направленных
защит на оборудовании ХЭМЗ [Л. 9].
Двухфазная схема защиты для
сетей с малыми токами одно-
фазного замыкания на землю
(фиг. V,58)# Схема имеет следующее
выполнение:
1) пусковые органы — максимальные
реле трка / мгновенного действия типа
ЭТ-61 с одним нормально разомкнутым
контактом включены на разность токов
фаз А и С;
2) органы направления — однофазные реле
мощности 2 типа ИМ-140, переделанные на
двухстороннее действие [Л. 10], реагирующие
на ир *ip -cos (?p + 45°). Внутренний угол сдвига
в 45° обеспечивает четкую работу защиты
обеих поврежденных фаз при двухфазных за-
мыканиях и осуществляется добавочным актив-
ным сопротивлением 3, встраиваемым внутрь
реле мощности. В схеме осуществлен пуск
реле мощности посредством подведения к ним
напряжения и оперативного тока через нор-
мально разомкнутые контакты промежуточных
реле 4 типа РП-2, приводимых в действие пус-
ковыми органами Л
Пофазный пуск органов направления необ-
ходим для предотвращения неправильной ра-
боты защиты в следующих случаях:
а) при двухфазных замыканиях на одной из
параллельных линий за счет замыкающегося
через реле неповрежденной фазы тока неба-
ланса, который может быть достаточным для
неправильного срабатывания реле направления;
б) при каскадном действии защиты (отклю-
чение в первую очередь со стороны, противо-
положной месту установки защиты) в случае
двухфазного короткого замыкания за счет тока
неповрежденной фазы неповрежденной линии,
который может быть вполне достаточным для
неправильного срабатывания реле направления
этой фазы.
Промежуточные реле 4 совместно с реле
/ предотвращают также работу схемы при
действии деионных разрядников.
За счет двухфазного выполнения схема
обеспечивает при двойных замыканиях на зем-
лю примерно в 67% случаев отключение толь-
ко одного места повреждения.
Схема имеет тот недостаток, что может отключить
неповрежденную линию при двойном замыкании на землю
фаз А и С, когда одно место повреждения (например, на
фазе А) находится на одной из параллельных линий, а
второе (на фазе С) вне защищаемой зоны (фиг. V, 59).
Это может произойти при каскадном отключении повреж-
дения на рассматриваемой линии в точке М с действием,
в первую очередь, защиты с приемной стороны. Тогда
защита, установленная с питающей стороны, окажется под
воздействием как тока/д, так и тока /с. При этом ком-
плект реле фазы А подействует на отключение повреж-
денной линии, а комплект реле фазы С одновременно—
на отключение второй неповрежденной линии, если замы-
кание в точке N еще не ликвидировано защитой второй
поврежденной линии. Указанный недостаток может быть
устранен только добавлением к схеме специальной бло-
кировки, дающей защите возможность при
двойных замыканиях на землю действовать
только на одной, например, опережающей по-
врежденной фазе (см. гл. III, § 29). Необхо-
димо, однако, отметить, что указанное непра-
вильное срабатывание маловероятно, так как
может произойти только при наличии на дру-
гом участке защиты с большим временем
действия, чем данная при нахождении точки
М в определенном месте и определенных
фазах линии. Следует также иметь в виду,
что рассмотренный недостаток могут иметь и
схемы в трехфазном выполнении.
Трехфазная схема защиты для
сетей с наглухо заземленной ну-
левой точкой (фиг. V, 60). Схема выпол-
нена следующим образом:
1. Пусковые органы: при междуфазных
замыканиях — минимального напряжения 1 с
токовой блокировкой 2; при замыканиях на
землю — токовый 5, включенный на разность
токов нулевой последовательности линий.
Для правильного действия при междуфазных
замыканиях минимальные реле напряжения J
типа ЭН-69 включены на линейные напряжения и поэтому
служить пусковым органом при замыканиях на землю не
могут.
2. Органы направления двухстороннего действия: при
междуфазных замыканиях — трехфазное реле направления
мощности 4 типа ИМ-305 смешанного типа, включенное по
90° схеме; при замыканиях на землю—однофазное реле на-
правления «5, синусное [Pp—Up'fp cos Ор^ + ЗО0)] типа
ИМ-148, включенное на фильтры нулевой последова-
тельности.
<Ч
*Ч*55
3
н
Для фиксирования контактов реле направления в сред-
нем положении при нормальной работе напряжение к ним
подводится только в момент повреждения через контакты
пусковых органов. Впрочем для реле направления 5 это
в ряде случаев необязательно, так как напряжение 3 (Уо
при нормальной работе близко к нулю, и мощность не-
баланса имеет величину, меньшую мощности трогания реле.
При постоянном подводе напряжения к реле 5 постоян-
ный ток на его контакты может подаваться от реле 3;
при этом защиты от замыканий между фазами и на зем-
лю оказываются на постоянном токе не связанными.
14*
211
3. Выходные промежуточные реле 6 имеют то же на-
значение, что и в схеме фиг. V, 58. Кроме того они слу-
жат для 1 азделения цепей оперативного тока выключате-
лей В1 и В2, если эти цепи питаются от отдельных предо-
хранителей.
При замыканиях на землю комплект от замыканий
между фазами из действия не выводится. При каскадном от-
ключении однофазного замыкания на землю с отключением
е первую очередь выключателя со стороны, противополож-
ной месту установки рассматриваемой защиты, на реле
мощности 3 при срабатывании реле напряжения / непо-
врежденной фазы действует также момент последней. Этот
момент может быть направлен в сторону торможения, пре-
пятствуя правильной работе реле 3. Однако для неправиль-
ной работы защи'Ы необходимо, чтобы вращающий мо-
мент одной неповрежденной фазы оказался больше мо-
мента на поврежденной фазе, что может иметь место
только в некоторых маловероятных случаях.
А
б)
Схемы дополнительной защиты.
Поперечная диференциальная на-
правленная защита действует только
при работе двух линий. При выходе
из работы одной из линий она при
помощи блок-контактов, установлен-
ных на валу выключателей, автоматически вы-
водится из действия.
Так как диференциальная направленная за-
щита не реагирует на сверхтоки (перегрузки
и внешнего повреждения), на короткое замы-
кание в мертвой зоне по напряжению, на одно-
вр менное замыкание одноименных фаз различ-
ных линий и совершенно выходит из действия
при работе только одной линии, то наряду с
ней для защиты двух параллельных линий
устанавливается еще дополнительная защита, в
качестве которой может в некоторых случаях
применяться обычная максимальная токовая за-
щита.
На фиг. V, 61 представлены способы присо-
единения реле этой защиты. На фиг. V,61a
дополнительная защита имеет один комплект
р^ле. Через реле проходит суммарный ток двух
линий. На фиг. V, 616 дополнительная защита
установлена раздельно для каждой линии. Пре-
имуществом второго способа является то, что
защита действует правильно и* при раздельной
работе линий. Так как ip,m дополнительной за-
щиты выбирается по суммарному току линии,
учитывая возможность работы только одной
из линий, то при первом способе получается
большая чувствительность за счет того, что
через реле протекает суммарный ток.
212"
Фиг V, 62. Действие
защиты при обрыве
провода.
При питании участка только с одной сторо-
ны дополнительная защита устанавливается
только со стороны питания; при двухсторон-
нем питании — с двух сторон.
В зависимости от конфигурации и условий
коммутации сетей в качестве дополнительной
защиты могут применяться также и другие
виды защит, например, максимальные токовые
направленные или дистанционные (см. гл. III
и гл. IV).
Относительная простота диференциальной
направленной защиты и работа ее без выдерж-
ки, времени являются основными достоинства-
ми, обусловливающими широкое ее применение
для защиты параллельных линий.
Касаясь оценки, защиты, необходимо
также отметить следующее:
1) при обрыве проводов и одновре-
менном их замыкании защита может
подействовать и неселективно отклю-
чить неповрежденную линию; действи-
тельно, если в соответствии с фиг. V, 62
произойдет обрыв правой линии с одно-
временным замыканием на землю одного
конца, то со стороны питающей под-
станции может произойти отключение
левой линии; в настоящее время не
существует надежных способов для
устранения этого недостатка;
2) наличие мертвых зон, обусловли-
вающих отказ защиты или ее каскааное
действие;
3) в отношении быстроты работы защита
имеет тот недостаток, что при каскадном дей-
ствии возрастает примерно вдвое время отклю-
чения поврежденной линии;
4) при двухстороннем питании может по-
явиться необходимость в сложной дополни-
тельной защите, значительно усложняющей
общее защитное устройство;
5) наличие блокировки на блок-контактах
выключателей, требующей дополнительных
контактов в цепи постоянного тока, снижает
надежность защиты;
6) при линиях с неодинаковым сопротивле-
нием могут появиться токи небаланса, зна ш-
тельно загрубляющие защиту или делающие
ее по чувствительности непригодной; в этих
случаях абсолютные величины вторичных то-
ков могут быть выравнены, например, авто-
трансформаторами тока; для устранения угло-
вого сдвига вторичных токов способов не су-
ществует.
Диференциальная направленная защита
устанавливается для защиты двух параллельных
линий в сетях любого напряжения, если толь-
ко каждая из линий работает через свой вы-
ключатель и если величины мертвых зон за-
щиты при этом не превышают допустимых ве-
личин.
к м.в
Фиг.
Для защиты параллельных линий со сторо-
ны питания в ряде случаев может оказаться
более выгодной рассмотренная ниже токовая
балансная защита.
18. БАЛАНСНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
Балансная токовая защита основана на ди-
ференциальном принципе косвенного сравнения
абсолютных значений токов в двух параллель-
ных линиях, каждая из которых присоединена к
шинам через свой выключатель.
При питании линий с одной
стороны балансная токовая
защита устанавливается толь-
ко со стороны питания. Со
стороны приемной подстанции
в таком случае применяется
защита, имеющая орган на-
правления мощности. При
двухстороннем питании линий
балансная защита может быть
установлена с обоих концов
защищаемого участка.
Защита осуществляется посредством специ-
альных балансных токовых реле, например, ба-
лансных электромагнитных реле ХЭМЗ типа ЭБ.
Схематически такое реле представлено на
фиг. V, 63. На крайних стержнях нижней непод-
вижной части электромагнита расположены две
основные обмотки реле: 1 — рабочая й 2—
тормозная. Средний стержень является стой-
кой, к верхней части которой прикреплен под-
вижный якорь 4. Обмотка реле / питается ра-
бочим током от вторичной обмотки трансфор-
матора тока, установленного на одной из защи-
щаемых линий. Тормозная обмотка 2 питается
током от трансформатора тока одноименной
фазы второй линии.
Схема включения балансных реле одной фазы
представлена на фиг. V, 64, где обозначения
обмоток реле {1,2 и 3) соответствуют фиг. V, 63.
Из фиг. V, 63 и V, 64 следует, что при нор-
мальном режиме работы и сквозных коротких
замыканиях, когда первичные токи в одноимен-
ных фазах защищаемых параллельных линий
одинаковы, через рабочие и тормозные обмотки
реле линии / и реле линии // протекают так-
же одинаковые вторичные токи. Поэтому реле
не приходят в действие. Контакты реле нор-
мально разомкнуты и при отсутствии тока
удерживаются в таком состоянии действием
пружины (фиг. V, 63).
В том случае, когда одна из защищаемых
линий отключается, исчезает ток в тормозной
обмотке реле, оставшейся в работе линии. Для
линии, находящейся в работе, возникает опас-
ность неселективного ее отключения при сквоз-
ном коротком замыкании. Следовательно, и в
случае балансной защиты двух параллельных
линий при выходе из работы одной линии за-
щита должна выводиться из действия. На
фиг. V, 64 с этой целью предусмотрена блоки-
ровка защиты, которая при размыкании вы-
ключателя любой линии автоматически выводит
защиту из действия путем разрыва цепи опе-
ративного тока на блок-контактах выключателя.
Блокировка предотвращает также неселек-
тивное действие защиты при каскадном отклю-
чении повреждения (как и у поперечных ди-
ференциальных направленных защит).
V, 63. Схема балансного реле
типа ЭБ-20 ХЭМЗ.
Фиг. V,64. Схема включения балансных реле*
Практически не исключена возможность та-
кого положения, когда выключатели со сторо-
ны данного комплекта защиты остаются замк-
нутыми, а выключатель одной из линий с про-
тивоположной стороны защищаемого участка
отключается. В таком случае блокировка за-
щиты не подействует, и защита могла бы по
примеру направленной диференциальной произ-
вести неселективное отключение неповрежден-
ной линии.
В целях устранения в подобном случае не-
правильного действия защиты от рабочего тока
нормального режима в балансном реле преду-
смотрена вторая тормозная обмотка 3 (фиг. V, 63),
которая питается от трансформаторов напря-
жения. При нормальном напряжении тормозной
момент от обмотки 3 таков, что максимальный
рабочий ток оказывается не в состоянии при-
вести защиту в действие.
Если произойдет повреждение на одной из
параллельных линий в защищаемой зоне, то
возрастет ток в рабочей обмотке реле данной
линии и ток в тормозной обмотке соответст*
вующих реле другой линии.
Так как при замыкании на защищаемой ли-
нии понижается напряжение на зажимах тор-
мозной обмотки 3, то снижается тем самым
тормозное действие и от обмотки напряжения.
Рабочий момент реле Мрав будет больше суммы
тормозных моментов от тока Мтормт, напря-
жения Мтормн и момента пружины Мм (пред-
полагая, что момент от трения учитывается
вместе с моментом пружины),.. т. е. Мраб^>
> Мторм т + Мторм н + Мм.
213
Следовательно, реле сработает и отключит
поврежденную линию. Отключение поврежден-
ной линии с противоположной стороны проис-
ходит от действия установленной там защиты.
Сочетание токов и напряжений, подводимых
к тормозным обмоткам напряжения, для обес-
печения наибольшей чувствительности защиты
при повреждениях со значительными остаточ-
ными напряжениями должно осуществляться как
в пусковых органах дистанционных и диферен-
циальных направленных защит.
Из рассмотрения фиг. V, 64 Следует также,
что при одностороннем питании параллельных
линий балансная токовая защита, установленная
с приемной стороны, не обеспечит надлежа-
щего действия. Объясняется это тем, что при
повреждении в защищаемой зоне через рабо-
чую и тормозную обмотки реле поврежденных
<фз проходят одинаковые токи. t
При двухстороннем питании защищаемых
линий в случае замыкания в зоне защиты ток
к месту повреждения направляется ^ двух
сторон. Балансная защита в таком случае может
быть установлена с обеих сторон защищаемого
участка. Токи в поврежденной и неповрежден-
ной линии, как правило, будут отличны по
величине. Каждый комплект действует на отклю-
чение только поврежденной линии, обеспечивая
тем самым ее двухстороннее отключение.
Два балансных реле типа ЭБ-ХЭМЗ, уста-
навливаемые на одноименных фазах каждой из
двух защищаемых линий, монтируются в одном
кожухе. Для защиты от междуфазных замыка-
ний применяются три при трехфазном или два
при двухфазном выполнении таких двухэлемент-
ных реле типа ЭБ-21.
Для защиты от замыканий на землю в сетях
с наглухо заземленными нулевыми точками при-
меняются реле ЭБ-22, включенные на ток ну-
левой последовательности. Так как сумма то-
ков при нормальном режиме работы равна
нулю, ток в реле отсутствует и опасности не-
селективного действия не создает; поэтому в
комплекте защиты от замыканий на землю
реле ЭБ не имеет удерживающей обмотки на-
пряжения. #
Для защиты от замыканий на землю в ряде случаев
практически может быть применено и реле ЭБ-21, но
без включения катушки напряжения; это часто бывает
целесообразно, так как реле ЭБ-22 имеет излишне боль-
шое сопротивление обмоток.
Ток трогания реле ЭБ не остается постоян-
ным, а изменяется в зависимости от величины
imopM. Ток трогания реле ЭБ-21 зависит также
и от величины напряжения, подведенного к удер-
живающей обмотке.
При отсутствии напряжения на удерживаю-
щей обмотке реле ЭБ-21 реагирует на небаланс
токов примерно в 25% при одинаковом напра-
влении токов в рабочей и тормозной обмотках
214
и на небаланс 10% при различном их направ-
лении (при больших кратностях токов).
Рабочие характеристики или характеристики
тока трогания балансных реле, построенные по
данным завода ХЭМЗ, показаны на фиг. V, 65,
где кривая 7 представляет зависимость ip от
imopM при одинаковом направлении токов в
линиях и при отсутствии напряжения на об-
мотке 3(ир=0). Регулирование характеристики
можно осуществлять изменением воздушного
зазора и натяжением пружины; как правило,
оно производится только заводом.
Кривая 2 изобра-
LpA жает ту же зависи-
мость, но при #р =
= 11ном»
По данным завода
ХЭМЗ реле ЭБ-21
действует при мини-
мальном токе ЗА, а
реле ЭБ-22—1А при
напряжении ир = 0.
20
18
76
12
8
4
"ж
Рабочая характери-
стика реле ЭБ-22
на фиг. V, 63 по-
0 4 8 12 16 20 i^A казана кривой 3.
Фиг. V, 65. Характеристики тока
трогания балансного реле.
tcexk
0У03
0,02
Фиг. V, 66. Харак-
теристики времени 0,01
действия балансно-
го реле. п
Балансная токовая защита является защитой
быстродействующей. Зависимость времени дей-
ствия защиты от ip для различных значений
imopM приведена на фиг. V,66. Из характери-
стик времени действия реле следует, что при
ip9 мало отличном от минимального значения
время срабатывания близко к 1,5 периода
и снижается до величины меньше периода при
возрастании ip.
При повреждении на противоположном кон-
це участка разность между токами в линиях
может оказаться незначительной и защита
будет иметь мертвую зону. При отказе защиты
приемной подстанции балансная защита пи-
тающей стороны также не содействует. Если
же защита со стороны приемной подстанции
сработает. и произведет одностороннее отклю-
чение поврежденного участка, то вследствие
перераспределения токов в линиях сработает
балансная защита со стороны питания. Такое
каскадное действие защиты хотя и обеспе-
чивает отключение, но время, в течение ко-
торого произойдет двухстороннее
отключение поврежденного участка,
при этом увеличивается (примерно
удваивается).
На линиях с балансной защитой
устанавливается дополнительная за-
щита, необходимая в том случае,
когда из двух параллельных линий
остается в работе только одна, т. е.
когда балансная защита выводится из
действия, или когда по параллельным
линиям протекают недопустимые
сверхтоки. Тип дополнительной за-
щиты в значительной мере зависит
от условий работы защищаемой сети
и предъявляемых к защите требова-
ний. Выбор защиты и определение
ее основных ^параметров производит-
ся, исходя из тех же соображений,
что и в дополнительной защите к ди-
ференциальной направленной защите
параллельных линий.
Балансная токовая защита по сво-
ему принципу является защитой до-
статочно простой. Отсутствие органов
направления мощности и быстрота
действия выгодно отличают ее, на-
пример, от поперечной диференци-
альной направленной защиты. ь
Достоинство защиты снижается
конструктивными недостатками реле
ЭБ ХЭМЗ, относящимися главным
«образом к? неудовлетворительным
условиям возврата реле и зависимости
•его тока трогания от угла сдвига то-
лков в рабочей и тормозной обмотках.
Так, например, реле ЭБ-21 возвращается надежно
в исходное положение только при токах ниже 4, б А,
если напряжение на удерживающей обмотке 100 V. При
напряжении, равном нулю, возврат реле возможен'только
при токе 3 А.
Когда в пределах защищаемой зоны линий для защиты
ют перенапряжений установлены деионные разрядники,
то при их действии ток в линии достигает большой вели-
чины. Реле приходят при этом в действие и замыкают
контакты, что может повести к неправильному отключению
неповрежденной линии, если время действия разрядника
окажется больше времени действия защиты. При быстром
действии разрядника защита может еще не успеть по-
действовать, и ток в линии спадет до значения нормаль-
ного нагрузочного тока. Реле при этом должно вернуться
в исходное положение. Если, однако, в линии после дей-
ствия разрядника окажется вторичный нагрузочный ток
больше 4,5 А, то реле ЭБ-21 в исходное положение не
вернется.
Реле ЭБ имеют медленный возврат, что является
также существенным недостатком в смысле использова-
ния их при защите линий, на которых установлены
разрядники, могущие работать многократно с малыми
интервалами.
Зависимость работы реле от угла сдвига
токов в параллельных линиях препятствует
применейию реле для линий с разными импе-
дансными углами, что часто встречается на
-2
Фиг. V,67. Схема балансной защиты.
практике (принципиально балансные реле дол-
жны были бы реагировать только на разность
абсолютных значений токов).
В целях устранения возможности непра-
вильного действия балансную защиту в ряде
случаев в настоящее время выполняют в услож-
ненном виде.
На фиг. V.67 представлена балансная защита с реле
ЭБ ХЭМЗ Ь[Л. 11] для системы с наглухо заземленной
нулевой точкой. Способ присоединений реле на фиг.
V,67 приведен только для одной фазы. Трансформаторы
тока 1 выбираются так, чтобы при нормальном ре-
жиме линий их вторичный ток не превосходил 2,5 А. Это
улучшает условия возврата реле после действия разряд-
ников, а при работе только одной линии возможный
длительный ток во вторичных обмотках трансформаторов
не будет превосходить номинального тока.
Комплект реле 2 предусматривает защиту линий от
междуфазных повреждений, комплект 3 — от замыканий
на землю (один комплект на все три фазы).
Максимальные токовые реле 4 типа ЭТ-61, включен-
ные на разность токов, установлены с целью устранения
действия защиты при работе деионных разрядников.
Реле имеют более быстрый возврат, чем балансные реле,
и предотвращают совместно с промежуточными реле 7
неправильную работу защиты как при однократном, так
и многократном действии указанных разрядников.
215
Ток трогания реле 4 выбирается больше тока неба-
ланса при максимальной нагрузке.
Максимальные токовые реле 5 и 6 включены на
разность токов нулевой последовательности в линиях;
они имеют назначение блокировать действие реле 2 при
замыканиях на землю.
При однофазных замыканиях на землю и каскадном
отключении поврежденной линии со стороны приемной
подстанции ток в ее неповрежденных фазах отсут-
ствует. Поэтому тормозного действия в реле 2, установ-
ленных на тех же фазах неповрежденной линии со сто-
роны питания, нет и они могут неселективно подейство-
вать от тока нулевой последовательности. Возможность
неселективного действия реле 2
в данном случае исключается за
счет разрыва цепи оперативного
тока на контактах реле 5 и 6.
Ток трогания реле 5 и 6 вы-
бирается больше максимального
тока небаланса при междуфазных
замыканиях в защищаемой зоне
для предотвращения неправиль-
ного вывода из работы междуфаз-
ного комплекта. Промежуточные
реле 7 выбираются сознательно с
несколько замедленным действием
с тем, чтобы защита не успела сра-
ботать при действий разрядников.
Устанавливается обычно реле ти-
па ЭП-231 ХЭМЗ, имеющее время
действия порядка 3—4 периодов.
В схеме предусмотрена вза-
имная блокировка промежуточ-
ных выходных реле 7 и их дей-
ствие с прилипанием (подача
оперативного тока на обмотку
через собственные контакты). Это
способствует надежному замыка-
нию контактов комплекта повре-
жденной линии и посредством
разрыва цепи питания промежу-
точного выходного реле неповре-
жденной линии устраняет непра-
вильную работу защиты при ее
каскадном действии. Опасность
неселективного отключения непо-
врежденной линии может иметь
место в представленном на фиг.
V,68 случае. При повреждении на одной из линий в зоне
каскадного действия защиты 1 в первую очередь работагт
балансная защита 2 только с одной стороны.
Рабочие контакты выключателя при этом могут
разомкнуть цепь поврежденной линии раньше, чем
блок-контакты на его валу успеют разорвать цепь по-
стоянного тока.
За промежуток времени между размыканием рабочих
контактов выключателя поврежденной линии и контактов,
разрывающих цепи постоянного тока, балансная защита
при отсутствии дополнительной блокировки, разрываю-
щей цепь постоянного тока, может успеть неселективно
подействовать на отключение неповрежденной линии.
При защите линий, не имеющих деионных разрядни-
ков, необходимость в установке реле 4 отпадает. В
отдельных случаях отпадает необходимость и в установке
реле 5, 6 и 7, если по условиям работы нет необходимо-
сти выводить из действия комплект защиты от между-
фазных замыканий при замыканиях на землю и когда не
требуется взаимная блокировка отключающих цепей.
Зона каскадного действия балансной защиты при одно-
стороннем питании линий может быть определена, исходя
из тех же условий, что и при определении зоны каскадного
действия для направленной диференциальной токовой
защиты.
Токи в рабочей и тормозной обмотках реле могут
быть выражены соотношениями;
Пример
неселец-
Фиг. V.68.
возможного
тивного действия за-
щиты при неодновре-
менности разрыва
рабочих и блокирую-
щих контактов вы-
ключателя.
'n--^('i+'ii)
(V, 79)
2L -v-i-r-u/ (V.80)
Зона каскадного действия определяется [Л. 12] величиной
(V,81)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 SO (i^i*)
Фиг. V, 69. Зависимость зоны каскадного действия защи-
ты от тока короткого замыкания.
Если принять /j — fn == ip.m и учесть, что /, + * п =
= iK9 то при известных значениях тока короткого замы-
кания iK = ■
о действия
и тока трогания реле ip%m зона каскадно-
/* =
1р.т*Пт
L
(V, 82)
За ток 1К принимается ориентировочно ток при ко-
ротком замыкании на шинах приемной подстанции.
Значение 1К предполагается неизменным независимо от /.
На фиг. IV,69 представлены зависимости 1Х% =
rs/f/jj.. /jj) при различных значениях удерживакзщего
напряжения. Зная /. 4- *п="~"~ > зону каскадного дей-
ствия можно определить по соответствующей кривой в
процентах от общей длины линии.
Кривые фиг. V,68 построены по рабочей характери-
стике балансного реле /j z=f(in) или, что то же, (р=/(%орж)
^ри ир = const. По рабочей характеристике определяет-
ся /j — ill=f(il -f- /п). По значениям (*х — #ц)и («|4-
+ /ц) определяется -~*- -100s=/% и строится зависи-
мость ///о ==/(/, + 'ц)-
Преимущества защиты. Защита от-
носительно проста и может принципиально
иметь меньшее время действия, чем диферен-
циальная направленная защита. Необходимо,
однако, отметить, что практическое выполне-
ние защит на существующем оборудовании
дает для них схемы примерно одинаковой
сложности и времени действия (при учете
деионных разрядников).
Недостатки защиты: 1) требует нали-
чия дополнительной защиты; 2) имеет зону
каскадного действия; 3) может быть применена
только с той стороны защищаемых линий, с
которой имеется постоянное питание; 4). не-
достаточно совершенная конструкция многих,
балансных реле,, а частности, реле ЭБ ХЭМЗ-
ГЛАВА ШЕСТАЯ
НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА С БЛОКИРОВКОЙ
1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Эти защиты по принципу действия работают
только при повреждениях на защищаемом
Направленной защитой с блоки- участке. Поэтому они не требуют согласования
ров к ой называется защита, основанная на своих выдержек времени с защитами смежных
сравнении направлений мощности с обеих сто- участков и могут быть выполнены мгновенно-
рон линии. Она действует только в том случае, действующими. Их время срабатывания опре-
когда мощность на обоих концах защищаемого деляется только собственными временами мгно-
участка направлена от шин в линию. венных реле, входящих в защиту, и в некото-
При нормальной работе и сквозных корот- рых вариантах составляет величину порядка
ких замыканиях направление мощности на обоих одного—трех периодов тока промышленной
концах линии одинаково, например, слева на-* частоты,
право (фиг. VI, 1). При этом на левом конце
линии мощность направлена от шин в линию, 2. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ СХЕМ
на правом от линии к шинам. Поэтому комп-
лекты реле, установленные с обеих сторон за- По способу выполнения блокирующих
щищаемого участка, не срабатывают. При по- устройств, передающих сигналы о направле-
вреждении на данной линии в случае двухсто- нии мощности с одного конца линии на другой,
роннего питания направление мощности с одной схемы направленных, защит с блокировкой
из сторон меняется на обратное (фиг. VI, 2). разделяются на две группы:
"Щ5—Ц^ -s^-r-5^-
Фиг. VI,1. Направление мощности по концам линии при
сквозном замыкании.
Мощность с обеих сторон оказывается направ-
ленной от шин внутрь поврежденной линии, и
последняя отключается. Большинство суще-
ствующих схем, как показано ниже, обеспечи-
вает также действие защиты на линиях с одно-
сторонним питанием.
Сравнение направлений мощности на кон-
цах защищаемого участка осуществляется
посредством специальных блокировочных
устройств. Они передают сигналы о направле-
нии мощности в момент повреждения с одно-
го конца линии на другой.
Для передачи сигнала могут быть исполь-
зованы:
1) постоянный ток, передаваемый на другой
конец линии по вспомогательным проводам;
2) токи высокой частоты (обычно 50000-^-
150000 Hz), передаваемые на другой конец по
проводам защищаемой высоковольтной линии;
3) токи более низких частот, передаваемые
по вспомогательным проводам;
4) радио, посредством направленного излу-
чения ультракоротких волн на небольшие рас-
стояния.
В настоящее время применяются первые
два способа, причем второй наиболее распро-
странен. Защиты с высокочастотной блокиров-
кой часто для краткости называются не вполне
точно высокочастотными.
Фиг. VI,2. Направление мощности по концам линии прк
повреждении на ней.
1) схемы с дёблокировкой, в которых на-
личие тока в канале связи между обоими кон-
цами защищаемой линии разрешает ее отклю-
чение;
2) схемы с блокировкой, в которых наличие
тока в канале связи препятствует отключению
защищаемой линии.
Каждый из указанных выше принципов дей-
ствия блокирующих устройств выполняется в
двух вариантах: с протеканием тока по каналу
связи только в момент повреждения и с по-
стоянной циркуляцией тока по каналу связи
при нормальной работе. В результате получают-
ся четыре принципиальных схемы выполне-
ния защит, действие которых рассмотрено
ниже.
Схема с деблокировкой и протеканием тока но
каналу связи только в момент повреждения (фиг. VI, 3).
На линии с двухсторонним питанием схема работает
следующим образом. В момент возникновения поврежде-
ния срабатывают пусковые органы 1 направленных защит
мгновенного действия, установленных с обеих сторон защи-
щаемого участка. Реле направления мощности 2 включе-
ны, как и у других типов направленных защит. Они дей-
ствуют, замыкая контакты, при направлении энергии от
шин в линию. Поэтому при повреждении на защищаемой
линии работают оба реле направления мощности, пода*
вая-f-Ha обмотки промежуточных реле 3 и контакты
реле 4. Промежуточные реле 3 срабатывают, посылая по-
каналу связи на противоположный конец линии сигнал о
том, что на данном конце мощность направлена от шик
217
е линию. Эти сигналы принимаются реле 4, которые, сра-
ботав, разрешают отключение линии с обеих сторон.
Импульс на отключающие катушки выключателей по-
лается через контакты реле 7, 2 и 4. При повреждении
вне защищаемой зоны реле 2, установленное с той сто-
'роны линии, где мощность направлена от линии к шинам,
не работает, поэтому и защита в делом на этой стороне
не подействует, хотя разрешающий импульс ее реле 4 и
будет принят. Передачи по каналу связи разрешающего
импульса на противоположный конец линии, где энергия
направлена от шин в линию, также не произойдет. По-
этому хотя реле 1 и 2 на противоположной стороне и
подействуют, защита в целом не сработает и отключе-
ния выключателя не произведет.
<Фиг. VI.3. Схема направленной защиты с деблокировкой
.^протеканием тока по каналу связи только в момент
повреждения.
Фиг. VI,4. Схема направленной защиты с деблокировкой
и постоянной циркуляцией тока по каналу связи.
При одностороннем питании места повреждения схе-
ма не действует, так как направленная защита, установ-
ленная со стороны, не имеющей питания, не срабатывает
и поэтому не посылает импульса, разрешающего отклю-
чение на реле 4 питающей стороны. По тем же сообра-
жениям защита не срабатывает и при наличии двухсто-
роннего питания в том случае, когда пусковые органы 7,
установленные с одной из сторон поврежденной линии, не
действуют вследствие недостаточной чувствительности (на-
пример, токовый пуск за счет недостаточной величины дей-
ствующей на него слагающей тока в месте повреждения).
Рассматриваемая схема правильно функционирует,
отключая место повреждения, только при исправном со-
стоянии канала связи. Поэтому она не может применяться
в тех случаях, когда вероятным следствием повреждения
защищаемой линии является нарушение канала связи.
Так, например, она не может применяться для защит с
высокочастотной блокировкой, осуществляемой по про-
водам самой защищаемой линии.
Ввиду указанных выше недостатков <;хема не находит
для себя применения также и при каналах связи, не на-
рушаемых в моменты возникновения повреждений.
Схема с деблокировкой и постоянной циркуля-
цией тока по каналу связи (фиг. VI, 4). В данной схеме
ток протекает по каналу связи в течение всего времени
нормальной работы защищаемой сети.
218
При возникновении повреждения в любой точке сети
(на защищаемой линии или вне ее) защита начинает дей-
ствовать следующим образом. Срабатывают пусковые
органы 7, запуская реле направления мощности 2, напри-
мер, посредством подведения к ним напряжения. Кроме
того, замыкая^ свои контакты, они подают + через
нормально замкнутые контакты реле 2 на промежуточные
реле 3. Реле 3 разрывают при этом цепь тока, циркули-
рующего по каналу связи и разрешающего отключение.
Поэтому реле 4 размыкают свой нормально замкнутый
контакт, расположенный в цепи отключения выключателей.
При сквозном коротком замыкании срабатывает до-
полнительно к перечисленным выше реле -направления
мощности 2, установленное с питающей стороны. Оно
Фиг. VI, 5. Схема с блокировкой и протеканием тока по
каналу связи только в момент повреждения.
замыкает свой верхний контакт и размыкает нижний. При
этом реле 3 питающей стороны обесточивается и вновь
замыкает свои контакты. Отключения, однако, произойти
не может, так как разрешающий ток в канале заранее
был снят и попрежнему остается снятым посредством
реле 3 приемной стороны и реле 4 питающей стороны
держит контакты разомкнутыми.
При повреждении внутри защищаемой зоны дей-
ствуют реле направления мощности 2 с обеих сторон ли-
нии и снимают -f- с реле 3. Последние возвращаются
в исходное положение, восстанавливая разрешающую
цепь тока в канале связи. Защита обеих сторон через
верхний контакт реле 2 и замкнутый контакт рзле 4 про-
изводит отключение поврежденной линии.
При повреждении на линии с односторонним пита-
нием пусковой орган с приемной стороны не действует.
Поэтому после срабатывания с питающей стороны реле 2
линия правильно односторонне отключается.
Как и все схемы с деблокировкой, рассматриваемая
схема может правильно функционировать, отключая по-
вреждение, только при исправном канале связи. Поэтому
она применяется для осуществления направленных защит
с блокировкой по вспомогательным проводам посред-
ством, например, постоянного тока. Наличие постоянно
циркулирующего тока по каналу связи дает при этом
возможность легко выполнить контроль, работающий при
исчезновении тока в канале.
- Если при сквозном коротком замыкании импульс на
отключение посредством реле 2 будет подан ранее, чем
реле 4 разомкнет свой контакт, может произойти несе-
лективное действие защиты. Предотвращение этого до-
стигается соответствующим подбором собственных времен
действия отдельных элементов схемы. В некоторых случаях
это приводит к увеличению времени действия защиты.
Схема с блокировкой и наличием тока в
канале связи только в момент повреждения
(фиг. VI, 5). В схемах с блокировкой ток в канале
связи препятствует отключению. В данной
схеме это осуществляется следующим образом.
В момент возникновения повреждения в
любой точке сети срабатывают пусковые ор-
ганы /, запуская реле направления мощности 2
и посылая через нормально замкнутые контак-
ты последних блокирующие импульсы на про-
межуточные реле 3 как данной стороны линии,
так и противоположной.
При сквозном коротком замыкании реле 2,
установленное с питающей стороны, срабаты-
вает, размыкает свой контакт и снимает бло-
кирующий импульс. Однако реле 2* приемной
стороны, где мощность направлена к шинам,
оставляет свои контакты замкнутыми. Через
них продолжает подаваться блокирующий им-
пульс на реле 3 обеих сторон линии. Поэтому
реле 3 держат свои контакты разомкнутыми и
защиты подействовать не могут. При этом для
предотвращения неправильного действия за-
щиты собственное время выходного промежу-
точного реле 4 должно быть достаточным для
того, чтобы не срабатывать до того момента,
пока реле 3 размыкает свои контакты. С этой
же целью при практическом осуществлении
схем стремятся подавать блокирующий им-
пульс как можно быстрее вслед за возникно-
вением повреждения и применять для реле 3
специальные схемы включения (см. ниже).
При повреждении на защищаемой линии
срабатывают, размыкая свои контакты, реле 2
с обеих сторон. Блокирующие импульсы сни-
маются и линия отключается.
При одностороннем питании пусковые ор-
ганы с приемной стороны срабатывать не
должны. Поэтому после действия реле 2 с пи-
тающей стороны блокирующих импульсов на
защиту подаваться не будет и линия правиль-
но отключится со стороны питания.
Работа рассмотренной схемы, как и других
схем с блокировкой, не искажается при нару-
шении связи в момент повреждения на защи-
щаемом участке. Объясняется это тем обстоя-
тельством, что правильное функционирование
канала связи требуется только при сквозных
коротких замыканиях, когда посылаются бло-
кирующие импульсы. При внутренних повреж-
дениях блокировка не используется. В связи
с этим данная схема в настоящее время ши-
роко применяется для направленных защит с
высокочастотной блокировкой. В качестве ка-
нала связи для них используются при этом
провода самой защищаемой линии. Выполнен-
ная таким образом схема может сработать
неправильно в том случае, если в момен^т
сквозного короткого замыкания произойдет
одновременное нарушение исправности защи-
щаемой линии или откажут аппараты, создаю-
щие блокирующие импульсы. Практическая
вероятность этого, однако, весьма мала.
Схема с блокировкой и постоянной циркуляцией
тока по каналу связи (фиг. VI, 6). При повреждении
внутри защищаемой зоны и двухстороннем питании сра-
батывают пусковые органы / и реле направления мощ-
ности 2 с обеих сторон линии. При этом промежуточные
реле 3 получают питание, размыкают свои контакты и
прерывают блокирующий ток в канале связи. Реле 4,
державшие под воздействием блокирующего тока свои
контакты разомкнутыми, замыкают их. Через контакты
реле Д 2 и 4 отключаются выключатели с обеих сторон
линии. При сквозном коротком замыкании реле 2 с прием-
ной стороны, где мощность направлена к шинам, не сра-
батывает. Поэтому блокирующий ток продолжает, как и
при нормальной работе, подаваться на реле 4 обеих сто-
рон. В результате защита не срабатывает.
Фиг. VI,6. Схема с блокировкой и постоянной циркуля-
цией тока по каналу связи.
При одностороннем питании пусковой орган /иреле
направления мощности 2, установленные с приемной сто-
роны, действовать не должны. В связи с этим блокиру-
ющий ток продолжает циркулировать по каналу связи,
реле 4 питающего конца остается заблокированным и
защита работать не может. Защита также отказывает в
действии при наличии двухстороннего питания в том
случае, если пусковые органы защиты одной из сторон
линии не работают вследствие своей недостаточной чув-
ствительности. Для обеспечения действия схемы в этих
случаях в нее вводятся дополнительные приспособления
Однако при этом удается добиться действия защиты
только с некоторой задержкой порядка 0,2 сек. (Л. 1].
Работа данной схемы при повреждении на защищае-
мом участке не искажается при нарушении в этот момент
исправного состояния канала связи. Поэтому она может
применяться, как и схема фиг. VI,5, для направленных
защит с высокочастотной блокировкой. Наличие постоян-
ной циркуляции тока по каналу связи при нормальной
работе дает при этом возмбжность легко осуществить
контроль за исправным состоянием передачи высокой
частоты.
Однако выполненные таким образом высокочастотные
блокирующие устройства должны по некоторым данным
иметь по сравнению со схемой фиг. VI,5 несколько
меньший срок службы обычно применяемых электронных
ламп и могут создавать помехи радиовещанию.
При осуществлении направленных защит с
высокочастотной блокировкой обычно отдают
предпочтение защитам с блокировкой, дей-
ствующей только в момент сквозного ко-
роткого замыкания (фиг. VI,5).
3. ОСНОВНЫЕ ОРГАНЫ ЗАЩИТЫ
Защита имеет два основных органа: пуско-
вой и направления мощности. Пусковые орга-
ны предназначены для пуска защиты в дей-
219
ствие в момент возникновения повреждения в
сети. Органы направления контролируют на-
правление мощности с обеих сторон защищае-
мого участка. Они дают возможность защите
действовать только в том случае, если мощ-
ность направлена внутрь линии с обеих сто-
рон. К пусковым органам и органам направле-
ния мощности защит с блокировкой предъяв-
ляются в основном те^же требования, что и в
других защитах. Некоторые особенности в их
работе рассмотрены ниже. Следует при этом
иметь в виду, что в системах с наглухо зазем-
ленными нулевыми точками защита часто раз-
деляется на два комплекта реле, один из ко-
торых действует при замыканиях между фаза-
ми, а другой—при замыканиях на землю. Такое
разделение обусловливается следующими ос-
новными соображениями:
1) можно повысить чувствительность и на-
дежность действия защиты при наиболее
частом виде ' повреждения — замыканиях на
землю;
2) комплект защиты от замыканий на землю,
включаемый на фильтры нулевой последова-
тельности, выполняется по весьма простой
схеме; комплект же защиты, действующей при
замыканиях «между фазами, приходится, как
то будет показано в следующем параграфе,
в системах, подверженных качан|ням, снабжать
специальными блокировками.
Пусковые органы. Для рассматриваемых
защит обычно используются пусковые органы
максимального тока и минимального импеданса.
Пусковые органы максимального тока, дей-
ствующие при многофазных замыканиях, вклю-
чаются на фазные токи. Их ip.m выбирается,
больше 1Раб max линии с учетом коэфициента
возврата реле ke:
i — **/
lp. m — и lpa6 max.
Поэтому они применяются только в тех
случаях, когда минимальные значения токов
короткого замыкания значительно превосходят
максимальный рабочий ток защищаемой линии.
В комплектах защиты, действующей при
замыканиях на землю, в системах с наглухо
заземленными, нулевыми точками в качестве
пусковых органов всегда используются реле
максимального ток*а. Реле включаются на
фильтр токов нулевой последовательности. По-
этому их ip, m должен превышать только макси-
мальные значения iH6 при замыканиях между
фазами: ip.m> iH5 max.
При определении условий, по которым должен рас-
считываться iHQ max, необходимо й*меть в виду следующее.
Если комплект защиты от замыканий на землю при своем
действии не выводит из работы междуфазный комплект,
*«tfmax B большинстве схем определяется максимальным
значением тока сквозного короткого замыкания. Однако
220
в ряде случаев междуфазный комплект автоматически
выводится из действия при работе пускового органа ну-
левой последовательности. Обусловливается это тем, что
при замыканиях на землю реле направления междуфазного
комплекта могут действовать неправильно (см. ниже),
нарушая работу всей защиты в целом. При выполнении
схемы с выведением междуфазного комплекта рассматри-
ваемым пусковым органом его iptfn должен выбираться,
исходя из более тяжелых условий; он должен превышать
г*«бшах ПРИ междуфазном коротком замыкании на защи-
щаемой линии. При невыполнении этого требования за-
щита при замыкании между фазами можег оказаться
выведенной из действия неправильно сработавшим пус-
ковым органом нулевой последовательности.
Наиболее часто применяются схемы защиты, выпол-
ненные по принципам фиг. VI, 4 и VI, 5. Их правильное
действие при замыканиях вне защищаемой зоны обес-
печивается только в том случае, когда отновременно с
пусковым органом питающей стороны работает пусковой
орган приемной стороны. Токи сквозного короткого за-
мыкания могут, однако, приближаться по величине к ip.m
пусковых органов и будут примерно одинаковы для обеих
сторон линии. При этом за счет неодинаковых погреш-
ностей трансформаторов тока и уставок реле, установлен»
ных с двух сторон линии, может сработать пусковой
орган только с питающей стороны. Тогда неповрежденная
линия неселективно отключится. Такие же последствия
в рассматриваемом случае могут быть, если пусковой
орган на приемной стороне сработает значительно мед-
леннее, чем на питающей.
Фиг. VI, 7. Схема с блокировкой и протеканием тока по
каналу связи только в момент повреждения, имеющая
пусковой орган из двух реле разной чувствительности
на фазу.
Это может произойти за счет того, что даже быстро-
действующие реле при токах, близких к их току трога-
ния, рабо!ают в зависимой части характеристики выдер-
жек времени, уходящей при ip = iPtm в бесконечность и
имеющей большой разброс точек.
Поэтому в настоящее время схемы с токовыми пус-
ковыми органами выполняются, как правило, с двумя
токовыми реле в каждой фазе или в нулевом проводе
(см. фиг. VI, 7, являющуюся модификацией схемы фиг. VI.5).
Их ip m выбираются разнящимися на 10-~20%. Реле
максимального тока /, имеющее меньший /' т, служит
только для передачи блокирующего импульса через кон-
такты реле направления 3. Реле максимального тока 2,
имеющее больший iPtTrv действует ьа цепь отключения.
При таком выполнении схемы в случае сквозного корот-
кого замыкания пусковой орган 2 питающей стороны
может действовать только при надежном срабатывании
реле / приемной стороны, обеспечивающего блокировку
защиты. Таким образом предотвращается возможность
неселективного действия защиты.
Пусковые органы минимального импеданса
применяются в тех случаях, когда минимальные
значения токов короткого замыкания имеют
значения, близкие к максимальным рабочим
токам, передаваемым по защищаемой линии.
Практически их использование целесообразно
для всех защит, устанавливаемых в сетях на-
пряжением 110 kV и выше. Их достоинством
является возможность иметь ip,m защиты мень-
ше номинального рабочего тока. Импеданс
трогания реле ддлжен выбираться несколько
меньше минимального рабочего импеданса.
Производить специальную отстройку его от
токов здоровых фаз, как в дистанционной за-
щите (см. гл. IV, § 13), в большинстве случаев
оснований нет, так как: 1) пусковой орган ис-
пользуется только для защит от замыканий
между фазами и 2) срабатывание пусковых
органов всех фаз, как правило, при применяе-
мых трехфазных реле направления мощности
к неправильному действию привести не может.
Поэтому обычно для защиты используются бо-
лее простые реле минимального импеданса с
характеристикой импеданса трогания, не зави-
сящей от величины тока (гл. IV, § 13).
Установка на каждую фазу двух реле ми-
нимального импеданса для обеспечения селек-
тивной работы защиты при сквозных коротких
замыканиях, как то рекомендуется для токовых
пусковых органов, для линий значительной
длины, как правило, не требуется. Объясняется
это тем, что напряжение, а следовательно, и
импеданс на зажимах реле минимального импе-
данса, установленного с приемной стороны
ближе к месту повреждения, всегда меньше,
чем с питающей стороны. Поэтому блокирую-
щий импульс при сквозных коротких замыка-
ниях даже при наличии только одного реле
успевает надежно подаваться.
К точности выбора уставок пусковых орга-
нов направленной защиты с блокировкой для
отстройки их от максимальных рабочих токов
предъявляются меньшие требования, чем, на-
пример, в дистанционной защите. Объясняется
это тем, что даже если при каком-либо ненор-
мальном режиме работы пусковые органы сра-
ботают с двух сторой, защита не подействует,
так как с одной из сторон орган направления
будет измерять направление мощности к шинам.
Необходимо отметить, что "в последнее
время в целях упрощения схем защит делаются
попытки применять вообще общий пусковой ор
ган для всех трех фаз — например, пуск, осно-
ванный на появлении на зажимах фильтров
отрицательной последовательности напряжений
практически при всех видах короткого замы-
кания (см. гл. IV, § 18), [Л. 2].
Органы направления мощности. В качестве
органов направления мощности, как правило,
используются отдельные реле направления
мощности. В целях упрощения схемы защиты
предпочтение отдается реле в трехфазном вы-
полнении. В системах с наглухо заземленными
нулевыми точками для комплектов реле, дей-
ствующих при замыканиях на землю, исполь-
зуются однофазные реле. Они включаются на
фильтр мощности нулевой последовательности,
выбираются синусного типа и реагируют на
мощность Pp=upip sin чР.
Общее трехфазное реле направления мощности дл$|
защиты от замыканий между фазами и на землю с жест-
ким подводом напряжения может применяться только в
тек случаях, когда токи в поврежденной фазе при замы-
каниях на землю значительно больше токов нагрузки не-
поврежденных фаз (ток повреждения — не менее примерно
трехкратной величины тока нагрузки). При соизмеримых
значениях этих токов момент неповрежденных фаз может
оказаться больше момента поврежденной фазы и направ-
ленным в противоположную сторону. В результате защита
может отказать в действии при замыкании на землю на
защищаемой линии и сработать неселективно при повре-
ждении вне защищаемой зоны.
Для уменьшения времени действия защиты, обуслов-
ленного собственными временами действия входящих в
нее мгновенных реле, в схеме (фиг. VI, 5) иногда при-
меняют реле направления мощности с нормально замкну*
Фиг. VI, 8. Случай изменения направления мощности на
линии при каскадном отключении повреждения (сплош-
ными линиями показано начальное направление мощности,
пунктирными — измененное).
тыми контактами при Рр = 0; при повреждении внутри
защищаемой аоны они размыкаются и снимают блокиру-
ющий импульс. Однако при таком выполнении защита
может действовать неселективио при изменении направ-
ления мощности в процессе внешнего короткого 3avbiKa-
ния, отключаемого каскадно (фиг. VI, 8). В начальный4 мо-
мент короткого замыкания по защищаемой линии АВ
мощность была направлена слева направо. При этом
реле 2 левой защиты (фиг. VI, 5) свои контакты разомк-
нуло и сняло со своей стороны блокирующий импульс
Однако блокировка сохраняется от правой защиты,
реле 2 которой сохраняет свои контакты замкнутыми.
Если теперь на поврежденной линии отключится в пер-
вую очередь только выключатель на станции В, направ-
ление мощнбсти на линии АВ изменится на обратное.
Реле 2 правой защиты разомкнет свои контакты и сни-
мет блокирующий ил пульс ранее, чем реле 2 левой за-
щиты его подаст, так как время замыкания ts контактов
у реле всегда больше, чем время их размыкания / . В
результате защита линии АВ в течение некоторого вре-
мепи, равного tQ — tpt окажется без блокировки. Посколь-
ку ее пусковые органы / при этом замкнуты, она может
221
успеть неселективно сработать. Для предотвращения
этой возможности схемы снабжаются дополнительными
устройствами, ведущими к усложнению защиты.
Вибрация нормально замкнутого контакта при сквоз-
ных коротких замыканиях также может привести к несе-
лективному срабатыванию защиты, потому что в моменты
размыкания вибрирующего контакта у реле приемной
стороны защита, установленная с питающей стороны,
лишается блокирующего импульса. Ввиду этого предпоч-
тение отдается быстродействующим реле направления,
имеющим замыкающий контакт.
4. ПОВЕДЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ кАЧАНИЯХ
И АСИНХРОННОМ ХОДЕ
Поведение направленной защиты с блоки-
ровкой при качаниях в известной мере зависит
от типа примененных в ней пусковых органов,
поэтому ниже отдельно рассматриваются за-
щиты с токовыми и импедансными пусковыми
органами.
Защита с пусковым органом максимального
тока может сработать при качаниях только
при том условии, если подействуют пуско-
вые органы (работающие в этом случае всегда
одновременно с обеих сторон), а оба реле
направления мощности, установленные по
И ^1 N
0-oJo 1 °W~)
U ^ J^ ^ зН
180-%
Фиг. VI,9. Поведение реле направления мощности по
обоим концам линии при качаниях.
концам защищаемой линии, покажут направле-
ние от шин внутрь этой линии. При работе
только одного реле направления мощности за-
щита не подействует, так как будет получать
блокирующий импульс от пускового органа
противоположной стороны участка.
На фиг. VI,9 показана линия MN, имеющая
двухстороннее питание. Для рассмотрения при-
нят момент времени при качаниях, когда элек-
трический центр К расположен на рассматри-
ваемой линии и напряжение в нем равно нулю.
В этом случае электрический центр можно
рассматривать как точку трехфазного метал-
лического короткого замыкания.
Для построения векторных диаграмм токов
и напряжений, подводимых к реле, задано ус-
ловное положительное направление тока при
качаниях / и относительно него ориентированы
векторные диаграммы.
222
Остаточное фазное напряжение на шинах
подстанции М, Ом— 0к-\- I*Z1*l1 = I-Z1-L Она
опережает / на угол <р =arctg-~. Момент на
зажимах реле направления мощности подстан-
ции М положителен и оно сработает.
Остаточное фазное напряжение на шинах
подстанции N, UN=UK—/.Z1-/2 = — IZt-l2. Оно
отстает от / на угол 180 — <р*. Но реле направ-
ления мощности подстанции N включается
обратно реле подстанции М. Оно действует
поэтому в том случае, если при условном по-
ложительном/направлении /от шин N послед-
ний дает с напряжением положительный мо-
мент. Задаемся для / новым положительным
направлением от шин /V, тогда на векторной
диаграмме он повернется на угол 180° и займет
положение, показанное пунктиром. Как следует
из диаграммы, момент на зажимах реле под-
станции N оказывается также положительным
и оно срабатывает. Таким образом при качаниях
можно ожидать срабатывания реле направле-
ния с обеих сторон линии, а следовательно, и
неселективного действия защиты.
Для реле М
Облагть одновременного
срабатывания реле
подстониии MuW
Фиг. VI, 10. Изменение мощностина зажимах реле направ-
ления мощности, установленных на линии MN в зависи-
мости от угла между э. д. с. S.
На фиг. VI, 10 показано изменение мощности на
зажимах реле направления, установленных на подстан-
циях М и W (середина линии MN), рассматривавшейся
выше (см. гл. I, § 10) элементарной сети в зависимости от
угла S между э. д. с. генераторов. Реле включены по 90°
схеме и реагируют на Рр = up-ipcos(yp +45°). Из диа-
граммы видно, что при изменении угла 5 от 170° до 290°
оба реле участка MW действуют. Поэтому при срабаты-
вании в указанных пределах пускового органа защита
работает неселективно.
Использование рассмотренной выше потенциальной
диаграммы для анализа поведения защиты при качаниях
и асинхронном xoie (фиг. I, 24) является для ряда случаев
нецелесообразным, так как при изменении угла Ь расхож-
дения по фазе векторов э. д. с. двух частей системы на
диаграмме непрерывно изменяется величина и фаза вырав-
нивающего тока / в системе. Вместе с током изменяются
пропорциональные ему напряжения между отдельными
точками и их положение на диаграмме.
Более удобным является использование диаграммы
импедансов [Л. 3]. Принцип ее построения основывается
на том, что при любых значениях углов Ь между э. д. с.
и выравнивающими токами / сохраняется пропорциональ-
ность и углы сдвига между отдельными векторами диа-
граммы напряжений, равными l*z, где z—импеданс между
соответствующими точками системы. Поэтому диаграмму
падений напряжений можно принять неизменной для лю-
бых углов 8.
Однако при этом должно изменяться положение точ-
ки нулевого потенциала О и масштаб диаграммы. Точка
нулевого потенциала должна перемещаться по геометри-
ческому месту точек, удаленных от точек Е^ и Ем на
расстояния, отношение которых равно отношению э. д. с.
EN и Ем. При одинаковой величине э. д. с. Е^ и Ем
геометрическим местом таких точек явится прямая О'О",
перпендикулярная к соединяющей их прямой и делящая
ее пополам (фиг. VI, 11). При неодинаковых величинах
э. д. с. En и Ем точки нулевого потенциала будут рас-
полагаться на дугах соответствующих окружностей.
Величины э. д. с. не зависят от положения точки
нулевого потенциала, хотя на диаграмме их длины и за-
висят от ее местоположения.
Таким образом масштаб диаграммы напряжений не
является величиной постоянной. Он меняется с углом 8
и определяется длиной векторов э. д. с. Е.
Как было указано выше, величины напряжений между
отдельными точками системы пропорциональны току /,
изменяющемуся с углом 8. Если диаграмма напряжений
остается неизменной, то должен поэтому изменяться ее
масштаб обратно пропорционально току /, т. е. диаграм-
ма напряжений может совпадать с диаграммой импедансов
z = —.
Отсюда вытекает правило ее построения. В прямо-
угольной системе осей координат строится диаграмма
(Г
Перемещение
точки нулевого
потенциала
Фиг. VI.11- Принцип выполнения диаграммы импедансов.
импедансов, представляющая в общем случае ломаную
прямую (фиг. VI,12). Для этого по оси действительных
величин откладываются активные слагающие сопротивле-
ний, а по оси мнимых величин — реактивные. Точки
нулевых потенциалов располагаются на прямой 0 0"
перпендикулярной к линии Е^Ьм и делящей ее пополам.
Вектор напряжения любой точки Q находится на диаграм-
ме как расстояние от этой точки до соответствующей
точки Oi на указанной прямой. Этим же отрезком QOi
определяется фиктивный импеданс на зажимах реле, уста-
новленного в точке Q, замеряемый, например, пусковыми
органами или омметрами дистанционных защит. Реактанс
на зажимах последних определится как проекция импе-
данса на ось мнимых величин.
Направление вектора выравнивающего тока / опре-
деляется углом ф = arctg -^W, на который он отстает от
разности э. д. с. Ем —En- На рассматриваемой диаграм-
ме его направление будет поэтому постоянным, не за-
висимым от угла о и совпадающим с осью R.
Таким образом для анализа поведения реле направле-
ния мощности достаточно рассматривать только измене-
ние направления вектора напряжения.
Ниже с помощью диаграммы импедансов рассматри-
вается поведение направленной защиты с блокировкой
при качаниях в системе. Реле направления мощности
принято включенным по 90° схеме и реагирующим на
величину Рр — ир-ip cos (?/7 и- а).
Мощность на зажимах реле равна нулю, если cos (ур +
-f- а) = 0. Этому соответствует угол ^о ^ 90° — а. Таким
образом мощность на зажимах реле фазы А равна нулю,
если напряжение Use опережает ток /д на угол ®р$ =
==90° — а.
Фазное напряжение £/д опережает Ubc на Угол 90°»
Поэтому при cos (?р + *) == 0 Uд опережает /д на уго.т
Значению cos(cp +а)==0 соответствует также значе-
ние угла <р"0 = — (90° + а). При этом UA отстает от 1А на
угол <Pq = — а, т. е. направлен в сторону, прямо проти-
воположную первому решению.
Полагаем, что точка нулевого потенциала в данныь
момент времени расположена на прямой О'О" и совпа-
дает с точкой О]. Откладываем от нее вектор тока /?
совпадающий по фазе с осью положительных величин, и,
Фиг. VI.12. Диаграмма импедансов применительно к ана-
лизу работы направленной защиты с блокировкой при,
качаниях.
проводим под углом 180° — а к нему прямую, пересекаю-
щую линию EfljNMEM в точке К\, соответствующей
определенной точке на линии Zjf.
При расположении защиты на шинах подстанции в
точке К\ она откажет в действии, так как Рр = 0 за счет
угла между напряжением Uд, измеряемым вектором 0[К\
и током /д в 180° — а.
Для реле, установленного в точке М, мощность Рр
положительна, так как угол между UА н /д меньше кри-
тического в 18С° — а; для реле в точке N ока, наоборот,
отрицательна, так как угол между UA и /д больше кри-
тического.
■< Таким образом реле направления мощности, установ-
ленные в точках М и Nt имеют на зажимах мощности
различного знака, как и в случае наличия повреждения
па участке MN. Поэтому направленная защита с блоки-
ровкой при установке ее на линии MNможет неправиль-
но сработать.
223
Из изложенного следует, что в общем случае линия
сети, на которой возможно неправильное действие на-
правленной защиты с блокировкой при качаниях, опре-
деляется положением критической точки /^характеризуе-
мой значением Рр — 0, а не местоположением электриче-
ского центра системы К>
Положение критической точки К\ определяется распо-
ложением точки нулевого потенциала Оь скользящей по
прямой О'О" в зависимости от угла I между э. д. с. При
небольших углах 5 точка Ох уходит в бесконечность, крити-
ческая прямая (линия АВ, параллельная 0\К\) вообще не пе-
ресекает ломаную прямую£дгМИ£м и точка К\ отсутствует.
В результате получается, что защита может действо-
вать правильно при расположении электрического центра
на защищаемом участке; с другой стороны, она в неко-
торых случаях может сработать неправильно, когда элек-
трический центр находится вне данной линии.
Последнее наглядно показано для
системы, имеющей одинаковый импе-
цансный угол ук для всех элементов
жиме. Угловая скорость а> перемещения векторов напря-
жений друг относительно друга, рассматривая ее приб-
лиженно постоянной в течение одного периода 7\ равна
<o=s-у-. В этом случае угол поворота вектора ^отно-
сительно Ем равен угловой скорости <о, умноженной на
соответствующее время t
Поэтому время в течение каждого периода Т асин-
хронного хода, когда оба реле направления мощности яв-
ляются одновременно сработавшими, определяется сле-
дующим образом:
t^lBWL''r = — {4K + ^T. (VI.2)
Из приведенных соотношений следует, что в рассмот-
ренном предельном случае реле направления мощности
дают возможность защите работать неправильно в тече-
те
ние большей части каждого периода, так как <р* + « ^ "о"*
Выше рассматривалось поведение защиты, имеющей
токовый пусковой орган. Ее отличительной особенностью
является то, что пусковые органы на обоих концах ли-
нии срабатывают всегда практически одновременно. В
результате этого неправильное действие схемы при кача-
ниях может быть только при одновременном срабатыва-
нии реле направления с обеих сторон защищаемой 1инии;
однако такое срабатывание может произойти и при рас-
положении электрического центра вне данного участка.
Фиг. VI,13. Поведение направленной защиты с блокировкой на
линии, связывающей системы бесконечной мощности.
Фиг. VI,14. Поведение защиты с приемной сто-
роны линии, питающей осветительную нагрузку
при трехфазном замыкании.
(фиг. VI,13). Электрический центр такой системы не пе-
ремещается с изменением угла Ь и всегда расп ложен посре-
дине | езультирующего импеданса. Критическая точка мо-
жет в зависимости от угла Ь занимать различные положения.
Б результяте при совпадении ее, например, с точкой /<\
защита линии MN может сработать меселективио, хотя
электрический центр (точка К) находится вт этой линии.
Ести защищаемая линия соединяет две системы бес-
конечней мощн( сти, вся диаграмма импеДансов состоит
из одного участь a ENEM% равного импедансу гл. Электри-
ческий центр системы находится >-сегдапосредине линии.
Критическая точка К\ перемещается вдоль нее и при
определенных углах 5, как и в рассмотренном выше
общем случае, отсутствует.
Критическая точка Кх совпадает с точкой EN при
угле $! = ?<[> и с точкой Ем при угле S2 = 360° — 2ф,
где ф —угол между критической прямой и линией О'О".
Таким образом критическая точка К\ нахо ится в
пределах рассматриваемой линии в течение 360 —4ф гра-
дусов каждого полного оборота э. д. с. E$q и Ем друг
относительно друга.
При приведенном соотношении между величинами
углов фя и а угол <[» = 90° — фл — о.
П этому угол в, соответствующий промежутку вре-
мени, в течение которого оказываются сработавшими
реле направления мощности с обеих сторон линии, в пре-
дельном случае определяется формулой
е = Зб0о-4(90о-фл-а) = 4(^-Ьа). (VI,!)
При наличии полных оборотов вектора Е^ относи-
тельно вектора Ем система работает в асинхронном ре-
224
Защита с импедансным пусковым органом может не-
правильно дейс!вовать при качаниях также в случае ра-
боты реле направления мощности только с одной сторо-
ны линии Это обусловливается тем, что при качаниях
импедансы на зажимах пусковых органов, установленных
на разных сторонах защищаемой линии, в каждый данный
момонт времени по величине неодинаковы. В результате
может сработать пусковой орган только одной стороны.
Если в этот момент реле направления мощности на том
же конце линии покажет направление от шин, она срабо-
тает как при одностороннем питании места повреждения.
Из всего вышеизложенного следует, что
направленные защиты с блокировкой подвер-
жены влиянию качаний. Возможность их непра-
вильного действия при качаниях меньше, чем,
например, у дистанционных защит реактансного
типа. Но они так же, как и последние, нуж-
даются в специальных блокировках, предотвра-
щающих возможность указанных неправильных
действий.
В качестве блокировок применяются рас-
смотренные выше устройства (см гл. IV, § 18)*
например, блокировка, основанная на появле-
нии, хотя бы кратковременном, при всяком>
коротком замыкании составляющих отрицатель-
ной последовательности.
5. ДЕЙСТВИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИЯХ
НА ЛИНИЯХ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ
При рассмотрении принципиальных схем защит от-
мечалось, что на повреждения на линиях с односторонним
питанием реагируют: схема с деблокировкой и постоян-
ным протеканием тока по каналу связи (фиг. VI, 4) и схе-
ма с блокировкой при протекании тока по каналу
связи в момент возникновения внешнего повреждения
(фиг. VI, 5). Правильное действие указанных схем обеспе-
чивается, однако, только в том случае, если не действуют
пусковые органы защиты с приемной стороны. Поведение
защиты при действии пусковых органов с приемной сто-
роны рассмотрено ниже. В качестве пусковых органов
при замыканиях между фазами приняты реле минималь-
ного импеданса. Действие пусковых органов максималь-
ного тока в этом случае маловероятно, так как их г" т
выбирается больше максимального рабочего тока.
Замыкание между тремя фазами. При ме-
таллическом замыкании на линии, питающей нагрузку
рна зажимах ре-
Пусковой орган с при-
осветительного типа (фиг. VI, 14), ир
ле приемной стороны равны нулю.
типа, защита может не подействовать. Это объясняется
тем, что, например, при замыкании между фазами В и С
вероятно действие пускового органа фазы В, к которому
подводится UBCF, близкое к нулю, и ток нагрузки 1ВН
конечной величины (фиг. 1,5). Орган же направления
мощности фазы В% включенный, скажем, по 90° схеме на
1В и Ucaf* может показывать направление к шинам.
Соотношения, получающиеся. при питании нагрузки
состоящей из асинхронных двигателей, вытекают из со-
ображений, приведенных выше, и векторной диаграммы
фиг. VI, 15, построенной в соответствии с данными дви-
гателей, приведенными в § 3 гл. I. В начальный момент
короткого замыкания, расположенного в небольшой уда-
ленности, асинхронные двигатели являются генерирую-
щими источниками. Поэтому имеется основание ожидать,
что при работе пусковых органов с приемной стороны
реле направления мощности, как однофазные (фиг, VI, 16)
так и трехфазные, действуя от шин в линию, обеспеча^
правильную работу защиты в целом.
При затяжке в отключении повреждения двигатели
приходится рассматривать как пункты потребления мощ-
ности положительной и отрицательной последовательно.
А
В
С
^л
^^-м
=атП
Фиг. VI, 16. Поведение однофазных
органов направления мощности
приемной стороны линии, питаю-
щей моторную нагрузку, в на-
чальный момент двухфазного
замыкания.
Фиг. VI,17. Поведение однофазных
реле направления мощности с при-
емной стороны в момент, соответст-
вующий диаграмме фиг. VI,15.
Фиг. VI,!5. Векторная диаграмма
токов и напряжений на зажимах
защиты, установленной с прием-
ной стороны, при металлическом
замыкании между фазами у шин
подстанции.
емнои стороны не
действует. Поэтому
правильно работает
защита с питающей
стороны, отключая
линию от подстан-
ции А. При повреж-
дении через Rn
действие защиты
остается таким же.
Это объясняется тем, что ip изменяется пропорционально
остаточному ир. В результате zp на зажимах пускового
органа не понижается и он не действует.
Иные соотношения могут быть при повреждении на
линии, питающей моторную нагрузку, например, асин-
хронные двигатели. При малой удаленности точки по-
вреждения от места установки двигателей в начальный
момент короткого замыкания они должны рассматривать-
ся как дополнительные источники питания. В этом случае
при работе пусхового органа с приемной стороны орган
направления мощности должен в начальный момент по-
вреждения выбрать направление от шин в линию, обес-
печивая правильное действие схемы. При медленнодейст-
вующей защите двигатели могут перейти в установив-
шийся режим, прежде чем она сработает. В этом случае
при повреждении через Rn двигатели потребляют ток из
сети, работая с увеличивающимся скольжением. Если при
этом за счет относительно возрастающего тока и пони-
жающегося импеданса сработают пусковые органы, за-
щита будет заблокирована, так как реле направления
мощности покажут направление от линии к шинам.
Замыкание между двумя фазами. В случае
замыкания на линии, питающей нагрузку осветительного
15 Релейная защита
стей. Соотношения на фиг. VI, 15 отно-
сятся к моменту критического сколь-
жения. Однофазное реле направления,
установленное в фазе В, реагирует при 90° схеме вклю-
чения на Рр = Uqaf- 1в-cos (Ucaf* *я + 45°). Эта мощ-
ность с учетом фиг. VI, 15 имеет отрицательный знак.
Положительные направления токов при построении приня-
ты от линии к шинам приемной подстанции. Поэтому
реле показывает направление мощности от шин в линию,
обеспечивая правильное действие схемы. Реле, установ-
ленные в фазах Л и С, замеряют при этом положитель-
ную мощность, не действуют и на работу схемы влияния
не оказывают (фиг. VI, 17).
Для анализа поведения трехфазных реле направления
мощности часто представляется целесообразным выразить
мощность на зажимах реле через алгебраическую сумму
мощностей положительной и отрицательной последова-
тельностей. В этом случае мощность на зажимах реле
включенного по 90°-ной схеме,
Zp = 4UbcvUv«>* (^сп'л1 + 45°) +
+ ^вс2'(д2 ™s(UBC2, /Л2 + 45°)]. (VI.3)
Как следует из диаграммы, мощность, определяемая
слагающими отрицательной последовательности, при 90*
схеме включения имеет отрицательный знак. Принимая
во внимание принятое для векторов токов положитель-
ное направление к шинам, следует притти к выводу, что
она обусловливает на зажимах реле отключающий мо-
мент.
Не следует смешивать понятие об отрицательной мощ-
ности на зажимах реле, определяемой схемой включения
последнего, и мощностью отрицательной последователь-
ности, потребляемой двигателями и обусловленной тор-
мозным действием /2. Величина последней
Pg2 =3£/Л2-/Д2
последней
225
При принятом положительном направлении токов от
места повреждения к двигателям она имеет положитель-
ный знак, противоположный знаку Рр.
Определяемая слагающими положительной последо-
вательности Рр имеет положительный знак. В рассматри-
ваемый момент времени слагающая мощности отрица-
тельной последовательности больше, чем положительной.
Знак результирующей мощности Рр отрицателен. Поэто-
му реле выбирает направление от шин приемной под-
станции в линию, обеспечивая правильное действие защиты.
При увеличении скольжения двигателей слагающая
мощности положительной последовательности на зажи-
мах реле может сделаться больше слагающей отрицатель-
ной последовательности и трехфазное реле направления
мощности не подействует. Подобные же соотношения
получаются при повреждениях через Rn$ обусловливаю-
Д
В
с
'О-Ъ
й|-
{Щ) \ Q
из-
I
Фиг. VI, 18. Поведение
однофазных реле на-
правления мощности
с приемной стороны
при повреждении че-
рез переходное со-
противление.
щие относительное уменьшение мощности отрицательной
последовательности и увеличение положительной. При
этом можно ожидать, что и однофазные реле направле-
ния мощности в обеих поврежденных фазах будут пока-
зывать направление от линии к шинам (фиг. VI, 18), обу-
словливая возможность отказа в действии защиты на пи-
тающей стороне.
Замыкание на землю в системе с на-
глухо заземленными нулевыми точками.
При замыканиях на землю, как правило, функционирует
специальный комплект реле, включенных на фильтры ну-
левой последовательности. Поэтому характер нагрузки,
питаемой данной линией, на работу указанных реле
практически не влияет. Если нулевая точка системы
заземлена только с питающей стороны, при по-
вреждениях работают только защита в целом этой пи-
тающей стороны. При заземлении также нулевой точки
понижающего трансформатора и при достаточной под-
питке им места повреждения токами нулевой последова-
тельности действует также правильно защита приемной
стороны.
На основании изложенного можно сделать следующие
выводы:
1) защита от замыканий на землю, включенная на
фильтры нулевой последовательности, действует на ли-
ниях с односторонним питанием вполне четко;
2) защита от замыканий между фазами, выполненная
достаточно быстродействующей, в большинстве случаев
также должна обеспечивать правильное отключение по-
вреждений;
3) неправильное действие защиты может произойти за
счет работы с приемной стороны пусковых органов ми-
нимального импеданса и отказа в.действии при этом реле
направления мощности.
6. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ БЛОКИРОВКОЙ
В направленных защитах с высокочастотной
блокировкой контроль за направлением мощно-
сти с обеих сторон защищаемой линии осущест-
вляется токами высокой частоты, передаваемы-
ми по проводам линии.
Рассматриваемая защита состоит из следую-
щих трех основных частей, устанавливаемых но
обеим сторонам защищаемой линии:
1) релейной части, представляющей собой
мгновенную направленную защиту;
2) приемопередатчиков токов высокой часто-
ты, служащих для генерирования токов высокой
частоты, передаваемых по проводам, и их приема;
3) элементов присоединения приемопередат-
чиков к линии.
Существует две принципиальных схемы вклю-
чения приемопередатчиков /фиг. VI, 19). В пер-
вой из них (фиг. VI, 19а) йрямым проводом для
токов высокой частоты служит одна из фаз за-
щищаемой линии, а обратным — земля и две
другие фазы, так как последние по отношению.
к токам высокой частоты являются как бы, за-
земленными через соответствующие емкости на
землю. Во второй схеме (фиг. VI, 196) прямым
и обратным проводом для токов высокой часто-
ты служат две фазы защищаемой линии. Преи-
муществом второй схемы является меньшее за-
тухание токов высокой частоты при передаче по
линии. Это дает возможность при данной мощ-
ности приемопередатчика осуществлять защиту
на-^более длинных линиях. Однако вторая схема
является значительно более дорогой,, требует по
сравнению с первой вдвое большего количества
элементов присоединения приемопередатчиков к
линии. Поэтому в настоящее время, как прави-
ло, применяется первая схема; она обеспечивает
при правильном выборе параметров ее оборудо-
вания защиту линий практически почти любой
встречающейся на практике протяженности.
Элементы присоединения. К элементам при-
соединения приемопередатчиков к линии в об-
щем случае относятся (фиг. VI, 19 и VI, 20): за-
градитель 1, конденсатор 2, компенсирующее
устройство 3, согласующее устройство 4, дре-
нажная катушка 5, разрядники 6, 7 и 8, предо-
хранитель 9, разъединители 10 и 11, высоко-
частотный кабель 12 и линейный контур, встраи-
ваемый внутрь приемопередатчиков. Комбинация
приемопередатчиков с линейным контуром назы-
вается обычно высокочастотным аппа-
ратом.
Заградитель 1 является резонансным конту-
ром, состоящим из параллельно соединенных
индуктивности и емкости. Этот контур настраи-
вается в резонанс на принятую рабочую высо-
кую частоту (50 -г- 150 kHz) и представляет по-
этому для нее очень высокое сопротивление.
Индуктивность контура выбирается такой, что
для токов промышленной частоты (50 Hz) он
представляет весьма малое сопротивление, прак-
тически не оказывающее влияния на работу за-
щищаемой линии. Заградители препятствуют рас-
пространению высокочастотной энергии за пре-
делы защищаемого участка, тем самым умень-
шая при передаче ее потери в сети, высокого
напряжения. Для устранения влияния работы
высокочастотных передатчиков данной линии на
приемники соседних линий высокочастотные
устройства близко расположенных участков на-
страиваются на различные рабочие частоты. На-
226
личие указанных влияний могло бы приводить к
неправильному действию защиты. Так, например,
при выполнении защиты по схеме фиг. VI, 5 бло-
кирующие импульсы токов высокой частоты не-
поврежденных участков, действуя на защиту
поврежденного участка, могут воспрепятствовать
ее срабатыванию. Рабочие частоты приемопере-
датчиков смежных линий в системах сложной
конфигурации, особенно использующих токи вы-
сокой частоты для нескольких целей (релейная
защита, связь), приходится, однако, выбирать
близко лежащими друг к другу. Наличие загра-
дителей способствует при этом уменьшению
Согласующее устройство 4 согласует между
собой входные сопротивления высокочастотного
кабеля 12 (если таковой имеется) и линии,
предупреждая этим возникновение потерь от
рефракции (отражения).
Дренажная катушка 5 служит для отведения
в землю токов промышленной частоты, прохо-
дящих через конденсатор связи. Величина этого
тока обычно составляет несколько десятков
миллиампер. Для токов промышленной частоты
катушка представляет незначительное сопротив-
ление; для токов высокой частоты, наоборот,
Приемопередатчик
Заградители
zx
—^4ф~^
5)
^ г= Конденсаторы
, '[--"связи
Приемопередатчик
Фиг. VI, 20. Схема присоеди-
нения приемопередатчика
к линии.
Фиг. VI,19. Схемы присоединения приемопередатчиков к защищаемой линии.
а — фаза — земля; б — по двум фазам.
влияющих действий приемопередатчиков близко
расположенных линий друг на друга.
Заградители рекомендуется устанавливать за
автоматическими выключателями, считая по на-
правлению от шин данной подстанции. При этом
устраняется утечка токов высокой частоты, пере-
даваемых по защищаемой линии, через втулки
(бушинги), а также через контактные части и
бак выключателей.
Конденсатор связи 2 изолирует низковольт-
ные приемопередающие устройства от высокого
напряжения защищаемых линий. Конденсатор
представляет для токов промышленной частоты
весьма большое сопротивление и препятствует
поэтому их прохождению через высокочастот-
ные аппараты. Для свободного прохождения то-
ков высокой частоты в линию через конденсатор
сопротивление последнего компенсируется по-
средством индуктивного сопротивления . устрой-
ства 3. Конденсатор связи должен, очевидно,
присоединяться к линии за заградителем, считая
от шин.
15*
весьма большое. Такой способ выбора парамет-
ров катушки предотвращает возникновение зна-
чительных потерь высокочастотной энергии за
счет ответвляющегося через нее тока высокой
частоты при работе приемопередатчиков. Дре-
нажные катушки используются в некоторых слу-
чаях также для предотвращения появления вы-
сокого напряжения на вторичной стороне кон-
денсатора связи, например, вследствие наруше-
ния целости цепи предохранителя 9. В послед-
нем случае дренажную катушку следует вклю-
чить между конденсатором и указанным выше
предохранителем 9.
Разрядники 6, 7 и 8 предназначены для за-
щиты высокочастотной аппаратуры с вторичной
стороны конденсатора от повышений напряже-
ний и перенапряжений. Так, например, при на-
рушении целости цепи предохранителя 9 или его
вынимании для осмотра без предварительного
включения заземляющего разъединителя 11 на
вторичной стороне конденсатора появляется вы-
сокое напряжение, приводящее в действие ро-
227
говой разрядник 6. Разрядные напряжения раз-
рядников понижаются с приближением места их
установки к приемопередатчикам. Поэтому раз-
рядник 8, имеющий наименьшее разрядное на-
пряжение (обычно порядка нескольких сотен
вольт) действует в том случае, если на его за-
жимах появляется значительный импульс пере-
напряжений, несмотря на работу разрядника 7.
В некоторых выполнениях количество разрядни-
ков уменьшают.
Предохранитель 9 должен действовать при
пробое конденсатора связи. В современных
устройствах его, как правило, не применяют.
Разъединитель 10 предназначается для от-
ключения конденсаторов связи для их осмотра
или ремонта без нарушения работы защищаемой
линии. Необходимо отметить, что лучшие типы
выпускаемых в настоящее время конденсаторов
связи представляют собой весьма надежные ап-
параты. Поэтому при их применении считается
возможным, а с точки зрения выполнения кон-
струкций подстанций и целесообразным от уста-
новки разъединителей 10 отказываться.
Высокочастотный кабель 472, как правило, вы-
бирается кордельным. Бумажная изоляция ка-
беля обусловливает малую емкость между жи-
лами, а следовательно, и малые потери в нем;
наличие скрутки жил уменьшает подверженность
его влияниям посторонних полей.
Взаимодействие между релейной частью за-
щиты и приемопередатчиками. Релейная часть
защиты управляет работой приемопередатчиков,
запуская их или останавливая в зависимости от
принятой схемы и места повреждения. С другой
стороны, токи высокой частоты, передаваемые
по проводам защищаемой линии, воздействуя
на специальные выходные промежуточные ре ie
защиты, определяют возможность ее действия
на отключение выключателей.
В наиболее часто применяемой схеме защи-
ты с блокировкой при протекании тока высокой
частоты по каналу связи {фиг. VI, 5) взаимодей-
ствие релейной и высокочастотной части осуще-
ствляется следующим образом. Пусковые орга-
ны 1, срабатывая, запускают передатчик, гене-
рирующий токи высокой частоты. Приемники,
установленные с обеих сторон линии, принимают
эти токи, генерируемые как своим передатчи-
ком, так и передатчиком с противоположной
стороны' линии. Приемники, получив высоко-
частотные импульсы, посылают ток в обмотки
промежуточных реле 3, обусловливающий раз-
мыкание их контактов или удержание в разомк-
нутом состоянии, если в таковом они находи-
лись перед началом действия защиты. В резуль-
тате релейная часть защиты на отключение вы-
ключателя подействовать не может. Если по-
вреждение произошло на защищаемом участке,
реле направления мощности с обеих сторон его
срабатывают и приостанавливают действие пере-
228
Контакт
пускового органа
датчиков. Специальное выходное промежуточное
реле 3 перестает получать питание от приемни-
ка, замыкает свои контакты и дает защите воз-
можность отключить выключатель.
Применяются три способа запуска передат-
чика пусковым органом релейной части защиты
(фиг. VI, 21):
а) подачей плюса на анод соответствующей
электронной лампы высокочастотного генерато-
ра (фиг. VI, 21 а);
б) подачей минуса на катод той же лампы
(фиг. VI, 216);
в) снятием с сетки той же лампы минуса,
создающего соответствующее смещение, пре-
пятствующее ее дейст-
вию при нормальной
работе (фиг. VI, 21 в).
Остановка передат-
чика производится че-
рез орган направления
мощности защиты пу-
тем обратного снятия
плюса с анода, мину-
са с катода или по-
дачей минуса на сетку.
Два первых способа
с точки зрения релей-
ной защиты следует
рассматривать как при-
мерно равноценные. Не-
обходимо только иметь
в виду, что высокоча-
стотный генератор всег-
да должен быть готов
к мгновенному дейст-
вию. Поэтому элек-
тронная лампа, через
которую производится управление, во втором
способе должна иметь катод с постоянно дей-
ствующим подогревом. Преимуществом третьего
способа является то, что при нем управление
передатчиком осуществляется размыкающим
контактом пускового органа, имеющим обычно
меньшее время действия, чем замыкающий. Это
дает возможность выполнить защиту в целом
с несколько меньшим временем действия \(см.
описание подобной схемы в следующем разде-
ле). Однако для подачи м.инуса на сетку лампы
приходится устанавливать дополнительный ис-
точник постоянного тока ((например, батарею су-
хих элементов); это несколько усложняет уста-
новку. ' '
Специальные выходные промежуточные ре-
ле 3, питаемые от приемников, выбираются двух
основных типов, определяющих и схемы их
включения. В первом варианте применяется
электромагнитное реле, имеющее замкнутый
контакт в обесточенном состоянии. При нор-
мальной работе он удерживается в разомкнутом
состоянии (фиг. VI, 22) посредством подачи на
Фиг. VI,21. Способы запу-
ска передатчика релейной
частью защиты.
обмотку реле / напряжения от основного источ-
ника постоянного тока установки через доба-
вочное сопротивление 2. Этим принципиально
может быть устранена неизбежность задержки,
создававшейся выходным промежуточным реле 4
защиты по фиг. VI, 5, и снижено время ее сра-
батывания.
В момент возникновения повреждения ука-
занное напряжение снимается размыкающим
контактом пускового органа 3. Снятие напряже-
ния с реле 1 необходимо для того, чтобы дать
возможность защите сработать при поврежде-
нии внутри защищаемой зоны. При сквозных
коротких замыканиях реле 1 должно получить
питание от приемников, прежде чем оно успеет
замкнуть контакт вследствие потери питания от
источника постоянного тока. В связи с этим в
некоторых случаях приходится выполнять реле 1
работающим на замыкание с небольшой выдерж-
кой времени, достаточной для того, чтобы ус-
пел подействовать приемник. Реле 1, принимая
во внимание существующие мощности передат-
чиков и условия передачи токов высокой часто-
ты, приходится выполнять весьма чувствитель-
ными. Их токи трогания выбираются порядка
0,002 А. Добавочное сопротивление 2 служит
для снижения напряжения на зажимах реле до
допустимой по его термической устойчивости
величины при питании от источника постоянного
тока.
Во втором варианте (фиг. VI, 23) использует-
ся поляризованное реле 1. Одна из его обмо-
ток — правая тормозная — питается от приемни-
ка; вторая — левая рабочая — через нормально
разомкнутые контакты пускового органа 2. Реле
действует, замыкая контакты только в том слу-
чае, если ток протекает по одной рабочей об-
мотке. При протекании тока только по тормоз-
ной обмотке или по обеим реле не действует.
Таким образом оно замыкает свои контакты,
давая возможность защите сработать только
при повреждениях на защищаемой линии, когда
приемник не действует. В некоторых схемах
для большей надежности напряжение на рабо-
чую обмотку поляризованного реле подавалось
через последовательно соединяемые контакты
пускового органа и органа направления мощно-
сти. Преимуществом второго варианта выполне-
ния и включения блокирующего реле является
несколько большая простота схемы.
Принципиальное выполнение релейной части защиты
рассмотрено на примере схемы (фиг. VI, 24), примененной
в США [Л. 1].
Пусковыми органами при замыканиях между фазами
являются реле минимального импеданса /, имеющие три
нормально замкнугых и один разомкнутый контакт. Они;
включены по нормальной схеме на линейные токи и ли-
нейные напряжения между данной фазой, и отстающей ог
нее на угол 120°.
Пусковым органом при замыканиях на землю служит
реле максимального тока 2, включенное на фильтр токов-
нулевой последовательности. Оно имеет такую же кон-
тактную систему, как и реле минимального импеданса.
Органом направления мощности является трехфазное
реле направления 3 с нормально замкнутым контактом,
размыкающимся при направлении мощности' от шин в ли-
нию. Реле имеет удерживающую систему напряжения,,
реагирующую на площадь треугольника линейных напря-
жений (см. гл. III, § 12). Эта система создает Мторл,у
фиксирующий замкнутое состояние контактов реле при
нормальной работе вне зависимости от направления рабо-
чей мощности. Наличие удерживающей системы дает
в результате возможность сократить вреАмя действия за-
щиты в целом. Цепь одного из напряжений, подаваемых
»-о™*о TJTJTJlr
3 2
Фиг. VI,22. Использование в качестве
блокирующего реле электромагнит-
ного реле с одной обмоткой.
На отключение
О/л приемника
Фиг. VI,23. Использование в каче-
стве блокирующего реле поляризо-
ванного реле с двумя обмотками.
Фиг. Vl,24. Релейная часть направленной защиты
с высокочастотной блокировкой.
И аноду
Н сетке
передатчика
i
ff/=s\
VVsw<p<
ABC
Ж
6—6
£?Ь} +/?ЬЛ +-&V ^Jpb)
\z<\ \z<\
ЖЖ
7. ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ
ЧАСТИ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ С БЛОКИРОВКОЙ
ПРИ ПРОТЕКАНИИ ТОКА ПО КАНАЛУ СВЯЗИ
В МОМЕНТ ПОВРЕЖДЕНИЯ
229
t на удерживающую систему (UBC), включена последова-
тельно через нормально замкнутые контакты всех пуско-
вых органов. Поэтому для снятия удерживания в момент
повреждения достаточна работа одного из них.
Блокирующее реле 4 включено по фиг. VI, 22. При
нормальной работе оно получает питание от основного
источника постоянного тока через последовательно соеди-
ненные нормально замкнутые контакты всех пусковых ор-
ганов и добавочное сопротивление 5. 'Контакт блокирую-
щего реле, через который включена цепь отключения,
удерживается при этом в разомкнутом положении.
Реле времени 6 с нормально разомкнутым контактом
служит для предотвращения неправильного действия за-
щиты при изменении направления мощности на защищае-
мой линии в момент сквозного повреждения (см. фиг. VI, 8).
Реле действует, замыкая контакт, с выдержкой времени,
несколько большей максимального времени действия за-
щиты. В некоторой степени оно предотвращает также не-
лравильную работу защиты при качаниях.
Управление релейной части защиты передатчиком осу-
ществляется но третьему из рассмотренных в предыдущем
параграфе принципов: передатчик запускается при снятии
минуса с сетки соответствующей его электронной лампы.
Для этого минус, подаваемый на сетку лампы, включен
через последовательно соединенные нормально замкнутые
контакты всех пусковых органов. Прекращение работы
передатчика производится снятием плюса с анода элек-
тронной лампы размыкающим контактом реле направле-
ния мощности 3.
Действие схемы защиты происходит в следующем по-
рядке. ^
а) Повреждение вне защищаемой линии.
Работают в соответствии с видом замыкания пусковые
•органы минимального импеданса / или максимального то-
ка 2 на обеих сторонах линий. При этом двумя парами
средних размыкающих контактов снимается минус с сетки
лампы передатчика и- плюс с блокирующего реле 4. Пере-
датчик начинает немедленно работать, так как к аноду
его лампы подводится заранее плюс через нормально
замкнутые контакты реле направления мощности 3. Бло-
кирующее реле 4 оставляет сбой контакт, как и при нор-
мальной работе, разомкнутым. Это обусловлено тем, что
практически почти одновременно со снятием с реле 4
плюса, подававшегося через нормально замкнутые кон-
такты пускозых органов, оно начинает получать питание
от высокочастотного приемника. Реле направления мощ-
ности <3, установленное с той стороны линии, где мощ-
ность направлена от шчн, срабатывает и размыкает свои
контакты. При этом перестает работать и -передатчик пи-
тающей стороны. Однако с приемной стороны реле 3 не
действует, оставляя свои контакты замкнутыми, Поэтому
в течение всего времени сквозного короткого замыкания
действует передатчик приемной стороны, обусловливая
'работу приемников, установленных по обеим сторонам ли-
нии. Под воздействием тока, получаемого от приемников,
реле 4 продолжают держать свои контакты разомкну-
тыми и защита рассматриваемой линии не действует.
При сквозных замыканиях защита через время, не-
сколько большее максимального собственного времени
действия, автоматически выводится из работы посредст-
вом реле времени 5, подающего через свои контакты плюс
на блокирующее реле 4. Этим предотвращается неселек-
тивное действие защиты пои внезапном изменении направ-
ления мощности в процессе сквозного короткого замыка-
ния, которое возможно благодаря тому, что схема выпол-
нена с реле направления, имеющими размыкающие кон-
такты (см. гл. VI, § 3). При изменении направления мощ-
ности реле 3, державшее свой контакт замкнутым и по-
сылавшее блокирующие импульсы, разомкнет свои контак-
ты быстрее, чем реле 3 другой стороны линии их замк-
нет. В результате происходит кратковременный перерыв
блокировки, так. как один передатчик останавливается
раньше, чем пускается другой.
б) Повреждение в защищаемой зоне. Ра-
ботают пусковые органы и реле направления мощности
с обеих сторон защищаемой линии. После их действия
приемопередатчики, если они даже и начали функциони-
ровать, останавливаются. Промежуточные реле 4 с обеих
сторон линии, лишенные питания, замыкают свои контак-
ты. При этом через них от замыкающихся контактов пу-
сковых органов подается импульс на отключение выклю-
чателя.
в) Поведение защиты при качаниях в си-
стем е. При качаниях в системе, сопровождающихся пе-
риодическим изменением импедансов гр на зажимах пу-
сковых^ органов / (фиг. VI, 25), защита в каждом цикле
качаний автоматически выводится из действия через вре-
мя, равное сумме времен работы реле 1 — UZ и 6 — *63,
считая от момента понижения zp до величины z „ m ре-
Фиг. VI,25. Работа схемы по
фиг. VI,24 при качаниях.
ле /. Блокировка прекращается через время, равное сум-
ме времен размыкания контактов тех же реле№/> + *бр),
считая от момента повышения zp до значения zD. в. Та-
ким образом определенную часть каждого периода кача-
ний (на фиг. VI, 25 заштриховано) защита является за-
блокированной и неправильно действовать не может. Не-
селективное действие защиты возможно при наступлении
статического распада системы или в процессе качаний
в том случае, если реле 3 покажут направление мощно-
сти внутрь линии в течение времени, когда реле 4 не
блокируется ни реле 6\ ни током от приемников.
Некоторым, хотя и мало существенным недостатком
выполнения блокировки от изменения направления мощно-
сти в момент сквозного короткого замыкания по фиг. VI, 24
является то, что при ней защита отказывает в действии
при возникновении повреждения на защищаемом, участке,
когда реле J и в еще не успели вернуться в исходное
положение.
Основными достоинствами схемы являются ее относи-
тельная простота, небольшое количество потребного ре-
лейного оборудования и большая скорость действия, со-
ставляющая величину порядка одного периода. Такое не-
большое время действия защиты достигнуто в частности
за счет применения реле направления мощности с размы-
кающим контактом, имеющим фиксированное положение
при нормальной работе, и управления передатчиками че-
рез сетку нормально замкнутыми контактами пусковых
органов.
Многолетний опыт эксплоатации схемы в одной из
высоковольтных систем' США дал достаточно удовлетво-
рительные результаты, несмотря на следующие её\ общие
недостатки:
1) обычно недостаточно надежный для рассматривае-
мых условий работы нормально замкнутый контакт реле
направления мощности; при его вибрации в момент сквоз-
ного короткого замыкания защита может лишиться блоки-
рующего импульса и неселективно сработать;
230
2) возможность неправильного действия при сквозных
замыканиях на землю, сопровождающихся появлением
в реле 2 тока 3 /0, близкого к его (р. т\ неправильное
действие должно произойти в том случае, если пусковое
токовое реле с питающей стороны подействует, а с при-
емной откажет (см. гл. VI, § 3, <фиг. VI, 7);
3) реле направления мощности может неправильно
выбрать направление при замыкании на землю в том слу-
чае, если ток в поврежденной фазе не будет значительно
превосходить токи в здоровых фазах;
4) защита не имеет достаточна удовлетворительной
блокировки при качаниях;
5) защита может неправильно действовать при нару-
шениях цепи напряжения.
Поэтому удовлетворительные результаты эксплоата-
ции схемы должны быть в значительной степени объясне»
яы специальной регулировкой реле, тща-
тельным уходом за ними и малой ве-
роятностью опасных для защиты ка-
чаний.
На фиг. VI, 26 приведена схема
защиты, осуществленная на том же ос-
новном оборудовании, при выполнении
которой приняты меры к устранению
перечисленных выше первых трех недо^
статков.
По сравнению с фиг. VI, 24 © рас-
сматриваемую схему дополнительно
включено второе реле направления мощ-
«гости 5 синусного типа, реагирующее
на мощность нулевой последовательно-
сти, а токовый пуск при замыканиях
на землю выполнен посредством двух
реле максимального тока 2 и 5, из ко-
торых первое имеет ip.m несколько мень-
ший, чем второе. Реле направления
мощности взяты с нормально разомкну-
тыми контактами. Блокирующее реле 6
взято поляризованного типа и включено
по второй из рассмотренных выше прин-
ципиальных схем (фиг. VI, 23).
Схема функционирует в следующем
порядке:
а) Замыкание между фаза-
ми ваге защищаемой зоны. Ра-
ботают" пусковые органы /, размыкая
свои нижние и средние нормально замк-
нутые контакты. При атом с реле 4
снимается удерживание и немедленно
запускаются передатчики, так как к их
анодам и катодам жестко подведены
соответствующие концы источника по-
стоянного тока. Замыкаются верхние контакты реле /
и подают плюс на рабочую обмотку блокирующего
реле 6. Однако последнее не действует, так как к этому
моменту его тормозная обмотка уже получает ток от
яриемшка. 'Работает, замыкая контакты, реле 4, установ;
ленное с питающей стороны. При этом вновь подается
минус на сетку лампы передатчика питающей стороны,
и он останавливается. Защита, однако, продолжает бло-
кироваться передатчиком приемной стороны. Реле на-
правления мощности 5 за счет мощности небаланса «может
при сквозном междуфазном замыкании неправильно сра-
ботать, подать — на сетку лампы передатчика прием-
ной стороны, остановить его и таким образом обусловить
неселективное действие защиты. Для предотвращения
этого — от «реле 5 подается на сетку через нормаль-
но разомкнутые контакты реле 5, имеющего ip.m > 1нб тах.
6) Замыкание на землю вне защищаемой
зоны. Правильное действие схемы обеспечивается ре-
ле 2, 5, 5, включенными на фильтры нулевой последова-
тельности. Запуск передатчика осуществляется через раз-
мыкающий контакт реле 2, имеющего ip.m, несколько
меньший, чем у реле 5, работающего на отключение. Этим
предотвращается неправильное действие защиты, в случае
если через реле 3 питающей стороны проходит ток, не-
много превышающий его ip.m, а через реле 3 приемной
стороны — несколько меньший, чем ip. (например, за
счет различных ошибок в токе трансформаторов тока
(см. гл. VI, § 3). Цепь — от контактов реле 4, иду-
щая к сетке передатчика для его остановки при замыка-1
ниях на землю, разрывается средним нормально замкнут
тым контактом реле 3. Это мероприятие исключает несе-
лективную работу защиты при неправильной работе ре-
ле 4, установленного с приемной стороны, при сквозном
замыкании на землю.
в) Замыкание между фазами в защищае-
мой зоне. После срабатывания реле направления мощ-
ности 4 передатчики останавливаются. Прекращаются
токи в удерживающих обмотках реле 6" от приемников.
Рабочие обмотки реле 6 питаются током, подаваемым от
Фиг. VI,26. Релейная часть направленной защиты
с высокочастотной блокировкой (второй вариант).
6 От
приемника
к На сетку
* (щейатчиха
замыкающих контактов реле /. Реле 6 срабатывают, обу-
словливая отключение поврежденной линии.
г) Замыкание на йемлю в защищаемой
зоне. Передатчики останавливаются после срабатывания
реле 5 и 3. Далее схема действует, как и при замыка-
ниях между фазами.
Как следует из изложенного, в рассмотренной защите
устранены три первых «недостатка схемы фиг. VI, 24. Это,
однако, достигнуто за счет увеличения собственного вре-
мени действия защиты примерно до двух с половиной
периодов (применение реле направления мощности с нор-
мально разомкнутыми контакта-ата вместо замкнутых) и ее
некоторого усложнения (добавление реле тока и направ-
ления мощности). Необходимо также отметить, что в дан-
ной схеме, как показывает эксперимент, неполностью
устраняется возможность неправильного действия защиты
при изменениях направления мощности, что заставляет
считать желательным сохранение устройств, подобных ре-
ле 6 фиг. VI, 24. Для предотвращения неправильного
действия защит при качаниях и нарушениях в цепи на-
пряжения должны применяться вспомогательные устрой-
ства, рассмотренные соответственно в § 16 и § 18 гл. IV.
231
8. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ АППАРАТОВ
В настоящее время существует ряд схем включения
высокочастотных аппаратов. Их сравнение и оценка не
входят в программу настоящей книги. Поэтому ниже
(фиг. VI, 27 и VI, 28> в качестве примера кратко описаны
только две из таких схем: первая — как одна из наибо-
лее простых и распространенных в Союзе, хотя на на-
стоящий день практически и устаревшая* [Л. 4]; вторая —
как одна из наиболее современных, устанавливаемая во
многих системах.
Схема лаборатории им. Смурова (фиг. VI, 27). Высо-
кочастотный аппарат предназначен для приема с защищае-
мой линии, а также для генерирования и передачи в ли-
нию токоз высокой частоты для направленной защиты
с блокировкой, передаваемой по каналу связи в момент
повреждения (фиг. VI, 5). Схема аппарата предусматри-
вал быыШйшты},
Кабель Ф
йа йткирующ.
реле 4
Контакты лус-
г Шых органов 1и2
Контакт органа
кащшвлвят 3
Фиг. VI, 27. Принципиальная схема высокочастотного аппарата лаборатории
им. Смурова.
вает его запуск посредством снятия — с сетки и оста-
новку /путем отключения + от анода '(фиг. VI, 24). Путем
небольших изменений аппарат может быть сделан пригод-
ным и для других способов управления им.
Основными частями аппарата являются передатчик,
приемник и линейный контур.
Передатчик состоит яз задающего генератора,
генерирующего токи высокой частоты, и мощного их уси-
лителя.
Задающий reHepafopf является самовозбуж-
дающимся ламповым генератором, работающим по схеме
с индуктивной обратной связью. Он преобразует постоян-
ный ток в переменный высокой частоты (50—150 kHz).
Генератор состоит из трехэлектродной электронной лампы,
включенной в цепь постоянного тока последовательно
с колебательным контуром, состоящим до емкости Ci я
индуктивности L\. «К сетке лампы подводится переменное
напряжение от контура L\C\ посредством индуктивной
связи между катушками L\ и L2. Для предотвращения
действия задающего генератора при нормальной работе
защищаемой сети на сетку лампы подается соответствую-
щий отрицательный потенциал от вспомогательной бата-
реи смещения через нормально замкнутые контакты пу-
сковых органов (фиг. VI, 24). В момент возникновения
повреждения контакты пускового органа размыкаются и
— с сетки генератора снимается. От получающегося
толчка в контуре L\C\ появляется колебательный ток.
Последним индуктируется в катушке L% переменное воз-
буждающее напряжение, подводимое к сетке. Переменное
232
напряжение на сетке обуслозлизает появление перемен-
ной слагающей анодного тока, а следовательно, и пере-
менный ток в контуре L\C\. Таким образом за счет нали-
чия трехэлектродной лампы колебательный ток в кон-
туре, раз возникнув, в дальнейшем сам себя поддержи-
вает. 'Регулировкой емкости Сх устанавливается частота,
принятая для высокочастотных аппаратов данной линии.
Емкость С2 предотвращает залыкание вспомогательной
батареи на катушку L2. Индуктивность Lg предотвращает
протекание токов высокой частоты, циркулирующих в це-
пи сетки, через колтакты пусковых органов защиты, так
как последнее может вредно отразиться на работе задаю-
щего генератора.
Мощный усилитель предназначен для усиления
высокочастотных колебаний определенной периодичности,
генерируемых задающим генератором. Усилитель, пред-
ставляющий собой также трехэлектродную лампу, рабо-
тя^т как генератор с независимым возбуждением. В ка-
честве последнего используется напря-
жение высокой частоты, генерируемое
задающим генератором. Оно подается
на сетку усилителя через конденса-
тор С3, препятствующий попаданию на
нее плюса от батареи анодного напря-
жения. Индуктивность L3 служит для
пропускания постоянной слагающей се-
точного тока усилителя. R\ и #2 в це-
пях сеток ламп служат для создания
им необходимого режима работы; R%
используется также для предотвраще-
ния самовозбуждения усилителя. В анод-
ную цепь усилителя включен контур
СаЬаЬ$у настраиваеимый в резонанс на
частоту задающего генератора и питае-
мый токами высокой частоты усилите-
ля. Рассматриваемый контур является
промежуточным. Через индуктивную
связь катушек L4, L7 он соединяет пе-
редатчик с линейным контуром и далее
с высокочастотным фидером; через
связь катушек L5, Lq он соединяет ли-
нейный контур с приемником. Таким
образом через промежуточный контур
проходят блокирующие импульсы токов
высокой частоты, как посылаемые яе-
редатчиком в линию, так и принимае-
мые из ли^ии приемником. Ввиду .индуктивной связи LsLq
между контурами передатчика и приемника послед-
ний реагирует на блокирующие импульсы, посылаемые как
передатчиком противоположной стороны линии, так и вхо-
дящим в данный высокочастотный аппарат. Последнее для
работы защиты является допустимым.
Приемник принимает и детектирует (выпрямляет)
высокочастотные импульсы и питает специальное проме-
жуточное реле 4 (фиг. VI, 24), блокирующее действие за-
щиты. Выпрямленный анодный ток имеет пульсирующий
характер. Для пропуска его переменных составляющих
мимо блокирующего реле 4 обмотка последнего обычно
шунтируется емкостью. Для осуществления приема ис-
пользуется также трехэлектродная лампа. При нормаль-
ной работе защищаемых линий протекание анодного тока
предотвращается подачей на сетку лампы отрицательного
потенциала (смещения) от делителя напряжения #з-
Питание высокочастотного аппарата в целом, т. е.
цепей анода и катода (накала), производится от основной
аккумуляторной батареи данной станции или подстанции
на напряжении 110 или 220 V. Высокочастотные аппараты
постоянно должны быть готовы к хмгновениому действию»
Поэтому цепи накала ламп задающего генератора, усили-
теля и приемника постоянно находятся под током. В рас-
сматриваемой схеме цепи накала ламп генератора и при-
емника соединены параллельно между собой и последова-
тельно с цепью накала усилителя. Для питания цепей
накала требуется всего 10—12 V. Излишек напряжения
батареи терчется в f?4 и R$.
Линейный контур состоит из катушки связи
с промежуточным контуром L7, емкости С5 и индуктивно-
сти (вариометра) L8. Он связывает приемопередатчик че-
рез высокочастотный фидер и другие элементы присоеди-
нения с защищаемой линией.
Схема высокочастотного аппарата изображена на
фиг. VI, 27 в упрощеннэм виде. В действительную схему
обычно включается резервный комплект ламп, необходи-
мый на случай перегорания одной из рабочих ламп, пре-
дусматривается сигнализация указанного перегорания,
включаются приборы и устройства, необходимые для про-
верки работы аппарата, и т д.
Схема Вестингауз (фиг. VI, 28). Высокочастотный ап-
парат, как и в первой схеме, выполнен для приема с за-
щищаемой линии, а также для генерирования и передачи
через нее токов высокой частоты для направленной за-
щиты с блокировкой, «передаваемой по каналу
связи в момент повреждения.
Аппарат запускается и останавливается
путем подачи и снятия минуса с катода
электронной лампы задающего генератора.
Высокочастотный генератор должен быть Нонта*
всегда готов к работе; поэтому при данном щек органу
способе управления им „ катод должен иметь
постоянно действующий подогрев. Передатчик
состоит из задающего генератора и усилителя.
Задающий генератор является
самовозбуждающимся ламповым генератором,
работающим по схеме Колпитца с электричек
ской обратной связью. ,Он преобразует по-
стоянный ток в переменный высокой частоты
(50—150 kHz).
Генератор, как и все другие части аппарата,
осуществлен с помощью двухееточной лампы. Вто-
рая (вспомогательная) сетка, расположенная между
анодом и основной управляющей сеткой, является
экранирующей. Ее назначение рассмотрено ниже.
Генератор состоит из одной лампы, в анодную
цепь которой включен колебательный контур из
трех последовательно соединенных емкостей С\, Сг>
С3 и неземенной индуктивности L\. С ее помощью
устанавливается частота, принятая для высокоча-
стотных аппаратов данной линии.
От колебательного контура анодной цели под-
водится к основной управляющей сетке переменное
напряжение посредством электрической связи —
емкости Си
Питание генератора от источника постоянного тока
(аккумуляторной батареи подстанции) производится по так
называемой параллельной схеме. Постоянный ток с дели-
теля напряжения #i подается на анод генератора парал-
лельно цепи с колебательным контуром. При этом бло-
кирующая емкость С4 предотвращает появление постоян-
ного тока в колебательном контуре, а индуктивность L3
не допускает переменного тока в источник постоянного,
тока.
Для предотвращения действия задающего генератора
при нормальной работе защищаемой сети с его катода
снят при этом — и через добавочное сопротивление под-
веден + .
В момент возникновения повреждения замыкаются
контакты пусковых органов защиты и непосредственно на
катод генератора подается —, шунтирующий +, подве-
денный через добавочное сопротивление.
От получающегося толчка в контуре, состоящем из
Си С2, С3 и Li, появляется колебательный ток, обуслов-
ливающий на зажимах емкости С{ переменно^ возбуждаю-
щее напряжение, подводимое к управляющей сетке. Пе-
ременное напряжение на сетке определяет появление пере-
менной слагающей анодного тока, а следовательно, и пе-
ременный ток в контуре Сь С2. С3, L\.
Таким образом благодаря наличию в схеме электрон-
ной лампы колеоательный ток в контуре, раз возникнув,
в дальнейшем сам себя поддерживает.
/
Усилитель. Мощный усилитель передатчика пред-
назначен для усиления высокочастотных колебаний опре-
деленной периодичности, происходящих в колебательное
контуре Си С2, С3, 1\ и генерируемых задающим генера-
тором.
Усилитель выполняется посредством таких же элек-
тронных ламп, как и генератор, но работает в отличие or
последнего по схеме генератора с независимым возбужде-
нием. Возбуждением для него является напряжение высо-
кой частоты, генерируемое задающим генератором.^
Усилитель работает по двухтактной схеме, действую-
щей следующим образом. С равных емкостей С\ и С2 ко-
лебательного контура задающего генератора снимаются
равные по величине и противоположные друг другу по
фазе напряжения, которые через разделительные конден-
саторы C's и С6 подаются на управляюшие сетки лами
Фиг.
VI,28. Принципиальная схема высокочастотного аппарата-
Вестингауз.
усилителя, установленные в двух его плечах. Постоянное
отрицательное смещение подается на сетки от батареи че-
рез разделительные сопротивления R* и Rs- Они разде-
ляют цепи управляющих сеток в двух плечах усилителя
по отношению к переменному току. Анодные цепи ламп
каждого плеча усилителя, присоединенные к противо-
положным концам первлчной обмотки трансформатора Ти
передают через него в защищаемую линию усиленные ко-
лебания генератора без изменения их частоты.
Усилитель не имеет собственного колебательного кон-
тура. Поэтому лампы усилителя должны работать таким
образом, чтобы усиленные колебания в их анодной цепи
в точности соответствовали напряжениям, подаваемым на
их управляющие сетки от задающего генератора.
Для обеспечения требуемого характера работы лампы
усилителя должна иметь на управляющих сетках сравни-
тельно небольшое отрицательное смещение по отношению
к катоду (режим работы в классе А). Это смещение осу-
ществляется за счет падения напряжения от анодного
тока в сопротивлении Я6, через которое подается минус
к катодам ламп усилителя от батареи (потенциал на
управляющей сетке равен потенциалу полюса батареи).
Усилитель имеет две лампы при выходной мощности
аппарата в 10 W. Для получения выходной мощности
в 30 W в каждое плечо усилителя параллельно вклю-
чается по три лампы.
233-
Параллельная работа столь значительного количества
памп может обусловить появление колебательных конту-
ров, образованных индуктивностью соединительных прово-
дов и емкостью между анодом и управляющей сеткой
ламп.
Ограничение величин этих побочных колебаний дости*
гается^путем применения экранированных ламп с дополни-
тельной анодной сеткой. Эти лампы имеют внутренние
емкости, во много раз меньшие, чем неэкранированные.
Дополнительно в цепи управляющих сеток включают-
ся активные сопротивления R8, #9, способствующие более
быстрому затуханию рассматриваемых вредных колебаний.
Приемник принимает и детектирует (выпрямляет)
высокочастотные импульсы и питает специальное проме-
жуточное реле, блокирующее действие защиты при по-
вреждениях, расположенных вне защищаемой линии.
Приемник выполнен с помощью одной электронной
лампы того же типа, что и в передатчике. Ток высокой
частоты может поступать в приемник как от передатчика,
установленного на этой же стороне, линии через транс-
форматор Ти так и с противоположного конца линии че-
рез вторичную обмотку трансформатора Т\, работающего
в этом случае автотрансформатором. На управляющую
сетку приемника ток поступает через два колебательных
контура.
* Первый контур состоит из последовательно включен-
ных переменной емкости С8 и индуктивности L4, на-
строенных на резонанс напряжений по отношению к токам
высокой частоты.
Для ограничения величин напряжений, возникающих
на зажимах индуктивности L4, при рабЬте передатчика
той же стороны линии, когда, он через трансформатор Т\
направляет большую мощность в приемник, служит нео-
новая лампа, включаемая параллельно индуктивности.
При напряжениях, превышающих напряжение зажига-
ния этой лампы, равное 150 V, она действует и расстраи-
вает рассматриваемый контур.
Второй контур сосгоит из переменной емкости Сд и
индуктивности Ls, (настроенных на резонанс токов той же
высокой частоты.
Контуры связаны индуктивно между собой через ка-
тушки L« и Ls. Напряжение со второго контура подается
на управляющую сетку приемника.
При нормальной работе защищаемой сети возникнове-
ние анодного тока предотвращается подачей на сетку
лампы отрицательного смещения по отношению к ее ка-
тоду. Для этого используется падение напряжения в части
сопротивления Ru включенной в цепь катода «приемника.
Отрицательное смещение на сетке лампы выбирается
при этом столь большим, чтобы возникающие в процессе*
работы приемника помехи не могли привести его в дей-
ствие. При таком режиме работы лампы приемника вы-
прямленный ток в анодной цепи имеет пульсирующий
характер. Для пропуска его переменных составляющих
мимо блокирующего реле схемы защиты его обмотка, при-
соединяемая к приемнику, шунтируется емкостью Си.
Питание аппарата. Питание цепей анода и ка-
тода приемопередатчика производится от основной акку-
муляторной батареи станции или подстанции на напряже-
ниях 125 или 250 V. При напряжении 250 V цепи накала
всех ламп включаются последовательно, при напряжении
125 V — параллельно через соответственные дополнитель-
ные сопротивления R^ и #з- Для использования батарей
с напряжением 220 V дополнительное сопротивление уста-
навливается несколько меньшим, чем для 250 V.
Постоянное потребление на накал составляет 0,9—1 А.
При работе передатчика это потребление возрастает при-
мерно до 1,25—1,3 А*.
Линейный контур состоит из индуктивностей
Lg и L7. Он связывает приемопередатчик через высоко-
частотный фидер, конденсатор и другие элементы присо-
единения с защищаемой линией.
Для использования полной мощности передатчика не-
обходимо предотвратить отражение волн токов высокой
частоты от конца защищаемой линии. Для этого сопро-
тивление, присоединенное к концу линии, должно рав-
няться ее волновому сопротивлению. В рассматриваемой
схеме это осуществляется подбором соответствующей от-
пайки на вторичной обмотке трансформатора Ти которая
заземляется через контур ЦС8 приемника.
Схема данного высокочастотного аппарата, как и пер-
вого, рассмотрена в упрощенном принципиальном виде.
В действительную схему входит ряд дополнительных
элементов, в частности модулятор и телефон для осу-
ществления симплексной телефонной связи по проводу
защищаемой линчи между соединяемыми ей подстанциями
'(односторонняя телефонная связь, имеющая переключение
с передачи «а прием).
Принцип модуляции сводится к наложению колебаний
звуковой частоты на колебания, создаваемые задающим
генератором.
В заключение необходимо отметить, что на работу
высокочастотных, аппаратов может оказывать мешающее
влияние целый ряд факторов: расположенные вблизи ра-
диостанции, высокочастотные аппараты защит смежных
линий, устройства высокочастотной связи и телемеханики,
использующие в качестве канала связи провода защищае-
мой линии, атмосферные явления, вольтовы дуги между
контактами отключаемых выключателей, являющиеся ге-
нераторами высокочастотных колебаний, дуги в месте по-
вреждения защищаемых линий и т. д. От мешающего воз-
действия, обусловленного первыми тремя причинами, как
правило, всегда можно отстроиться выбором соответствую-
щей частоты и параметров аппаратов. Влияние трех по-
следних причин в настоящее время еще недостаточно изу-
чено. Можно только отметить, что проведенные опыты не
зарегистрировали влияния на аппараты высокочастотных
колебаний, обусловленных дугами в месте повреждения,
и, наоборот, отметили сильное влияние на аппараты дуг
выключателей. Однако указанное явление может привести
к неправильному действию защиты данной линии — за-
держке работы — только в том случае, когда в момент
ее действия произойдет отключение выключателя другого
элемента подстанции.
9. КОМБИНАЦИЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ БЛОКИРОВКОЙ И
ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
Достоинством направленной защиты с высо-
кочастотной блокировкой является ее мгновен-
ное действие при повреждении в любой точке
защищаемой линии. Существенным недостатком
этой защиты является, однако, то, что она по
принципу своего действия не может работать
как резервная при отказе выключателя или за-
щиты смежного поврежденного элемента систе-
мы. С другой стороны, дистанционная защита,
часто применяемая! для линий как основная и
резервная, отключает мгновенно с обеих сторон
повреждения в лучшем случае только примерно
на 50-7-70'°/qI длины участка (фиг. VI, 29). На
остальных 50-~30°/о длины линии повреждения
отключаются мгновенно только с одной сторо-
ны. С противоположной стороны поврежденная
линия отключается с выдержкой времени второй
ступени t2. Дистанционная защита включает ос-
новные реле, необходимые для осуществления
релейной части направленной защиты с блоки-
ровкой. Поэтому в некоторых случаях идут на
добавление к дистанционной защите высоко-
частотной части. Получаемая комбинированная
234
защита работает мгновенно на защищаемой ли-
нии и со ступенчатой характеристикой выдержки
времени при повреждениях на смежных участ-
ках. Соответствующее сокращение времени от-
ключения повреждений на фиг. VI, 29 заштри-
ховано.
Принцип действия комбинированной защиты
показан на фиг. VI, 30. К схеме дистанционной
защиты, имеющей пусковой орган /, орган на-
правления мощности 2 и орган выдержки вре-
мени 3, добавлено промежуточное реле с нор-
мально замкнутым контактом 4 и специальное
блокировочное реле 5. Последнее включено по
схеме фиг. VI, 23. Как следует из фиг. VI, 30,
сочетание реле 1, 2, 4 и 5 дает направленную
защиту с блокировкой. При возникновении
1) одна из защит не является полным резер-
вом к другой, поэтому при выведении из рабо-
ты, например, для проверки, дистанционной за-
щиты одновременно будет отключаться и
направленная защита с блокировкой;
2) чувствительность направленной защиты с
блокировкой определяется чувствительностью
пусковых органов дистанционной защиты; по-
следние, как известно, приходится обычно выби-
рать более грубыми, чем для независимой на-
правленной защиты с блокировкой; в особен-
ности это соображение относится к комплекту
от замыканий на землю; в направленной защите
пусковой орган этого комплекта выполняется
весьма простым и чувствительным и состоит из
реле максимального тока, включенного на
Фиг VI,29. Характеристики выдержек времени
дистанционной защиты и комбинированной
защиты.
2 3
Фиг. VI.30. Принцип действия схеыы, комбинирующей
направленную защиту с высокочастотной блокировкой
и дистанционную.
повреждения работает пусковой орган 1, вклю-
чая дистанционную защиту и запуская через
нормально замкнутые контакты релэ 4 высоко-
частотный передатчик. Реле 5, установленные с
обеих сторон линии, получают на свои тормоз-
ные обмотки блокирующие импульсы от прием-
ников. Если замыкание произошло на защищае-
мой линии, срабатывают реле направления мощ-
ности 2 с обеих ее сторон. Реле 4 размыкают
контакты. Передатчики и приемники останавли-
ваются. Реле 2 подают плюс на рабочие обмот-
ки реле 5, и последние мгновенно отключают
линию. Одновременно действуют на отключение
первые ступени дистанционных защит с одной
или двух сторон линии в зависимости от распо-
ложения места короткого замыкания. При по-
вреждении вне защищаемой линии работает
передатчик приемной стороны, препятствуя
мгновенному срабатыванию * схемы. Защита ра-
ботает как дистанционная, соответственно с вы-
держкой времени второй или третьей ступени.
Основным преимуществом комбинированной
защиты по сравнению с вариантом установки
двух независимых защит — дистанционной и на-
правленной с блокировкой — является экономия
в количестве релейного оборудования. Однако
такое объединение имеет и некоторые недостат-
ки, к которым необходимо отнести следующее:
фильтр токов нулевой последовательности, в ди-
станционной защите пусковым органом при за-
мыканиях на землю являются обычно значи-
тельно более грубые реле минимального импе-
данса.
Принимая во внимание указанные соображе-
ния, в настоящее время, как правило, не идут
на объединение направленной защиты с блоки-
ровкой и дистанционной в части основных реле,
реагирующих при замыканиях на землю. Иначе
дело обстоит с междуфазными комплектами.
Они достаточно сложны и требуют большого ко-
личества релейного оборудования, особенно
если учесть необходимость установки специаль-
ных блокировок от качаний и нарушений в це-
лях напряжения. Поэтому их объединение яв-
ляется в ряде елучаев весьма рациональным и
дает при некоторых конструкциях и схемах при-
ейлемое в общем решение вопроса.
10. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ
ЗАЩИТЫ С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ БЛОКИРОВКОЙ
Комбинация направленной защиты с высокочастотной
блокировкой и дистанционной защиты в одном комплекте
реле рассмотрена на примере дистанционной имиедансной
защиты с высокочастотной блокировкой Вестингауз.
Выполнение схемы. Принципиальная схема релейной
части защиты представлена на фиг. VI, 31.
235
Схема предназначена для сетей с большими токами
замыкания на землю и включает поэтому защиты от за-
мыканий между фазами и от замыканий на землю.
Защита от замыканий между фазами представляет
трехфазную трехсисгемную дистанционную защиту импе-
дансного типа со ступенчатой характеристикой выдержки
времени и импедансным пусковым органом. Добавление
к^ ней высокочастотной блокировки дает возможность
ооеспечить двухстороннее отключение повреждения, распо-
ложенного в любой точке защищаемой линии без вы-
держки времени.
При повреждениях, расположенных вне защищаемой
линии, а также при повреждениях на линии при отклю-
От зашиты фаз Л и В
-А ~- t.rt*>-
.ti защите фаз
АиВ
--А-
Пусковым органом защиты от междуфчзных
замыканий служит реле минимального импеданса Z-3^
включаемое на фазные токи и линейные напряжения, на-
пример, фазы С — на ток /г и жестко подведенное на-
пряжение UCA. Реле имеет три контакта: два нормально
разомкнутых и один замкнутый. Один из нормально
разомкнутых контактов включен последовательно с кон-
тактом реле направления мощности D-3 и контактом реле
времени Т-3, создающим выдержку времени третьей сту-
пени защиты. Второй нормально разомкнутый контакт за-
пускает в работу промежуточное реле CS-3 (для фазы
C-CSC-3), через "которое включается в работу реле вре-
мени и подается минус на катод задающего генератора,
при этом пускается высокоча-
стотный передатчик. Третий
нормально замкнутый контакт
служит для закорачивания об-
мотки указанного выше про-
межуточного реле CS-3 при
возвращении пускового органа
в исходное положение. При
©том <разм»ыкается цепь обмот-
ки реле времени и оно воз-
вращается в нормальное поло-
жение. К>роме того этот кон-
такт управляет также проме-
жуточными реле А-6, В-6, С-6
(для фазы С-С-6) блокировки
от качаний.
Омметрами первой, и вто-
рой зон защиты являются
ft
И катоду задаю-
щего генератора
к.
Для.провер*и
Фиг. VI.31. Принципиальная схема
дистанционной защиты с высокоча-
стотной блокировкой Вестингауз.
ченной высокочастотной части защита работает как нор-
мальная дистанционная.
Комплект защиты от замыканий на землю представ-
ляет токовую направленную защиту нулевой последова-
тельности, действующую селективно при наличии высоко-
частотной блокировки. Защита работает только, при замы-
каниях на землю на защищаемой линии и должна выво-
диться из работы при отсутствии высокочастотной блоки-
ровки.
Комплект защиты от замыканий между фазами снаб-
жен блокировкой, предотвращающей его неправильные
действия при качаниях.
На фиг. VI, 31 омметры /Первой и второй зоны у с-
ловно показаны совмещенными в одном реле Z-3 с им-
педансным пусковым органом.
236
также реле минимального импеданса с непосредственные
подводом напряжения к их обмоткам.
Реле, заключенные в общий кожух, на схеме обведе-
ны пунктиром и обозначены общей цифрой.
Для обеспечения более правильного замера сопротив-
лений омметры включены на разности фазных токов и ли-
нейные напряжения, например, омметр фазы С—на ток
*С~~1а и напряжение UCA. Включение на разность ли-
нейных токов осуществляется с использованием промежу-
точных трансформаторов тока с коэфициентом трансфор-
мации 5/5. Контакт омметра первой зоны включен после-
довательно с контактом 'реле направления мощности и.
создает первую зону защиты. Контакт омметра второй зо-
ны включен последовательно с контактом того же реле
мощности и контактом реле времени Т-3, создающим вы-
держку времени второй ступени защиты. При поврежде-
нии на защищаемой линии и работе высокой частоты кон-
такты выдержки времени второй ступени шунтируются
контактами приемного блокировочного реле RR-6 и защи-
та может действовать мгновенно.
Органом направления мощности при много-
фазных замыканиях являются три однофазных реле на-
правления мощности D-3y включенные непосредственно на
линейные напряжения по специальной 60° схеме, в кото-
рой, например, для фазы А ток 1q — /д"сочетается
с линейным напряжением Uтсв.
Пусковыми органами защиты от замыканий «а
землю являются токовые реле Iq'-4 и /о"-4, включенные
на фильтр токов нулевой последовательности.
Органом направления мощности при замыка-
ниях на землю служит реле направления мощности D0-4,
включенное на фильтры тока и напряжения нулевой по-
следовательности.
Цепь отключения при замыканиях на землю проходит
через последовательно соединенные контакты токового
реле 1о'-4, реле направления Do и контакт приемного бло-
кировочного реле RR-6.
Реле времени выполнено на переменном токе
в виде синхронного -моторчика, питаемого через промежу-
точный насыщающийся трансформатор тока СТ-3.
Блокировочное реле RR-6 представляет собой
высокочувствительное поляризованное реле постоянного
тока с двумя обмотками — рабочей и тормозной. Рабочая
обмотка питается от аккумуляторной батареи подстанции
и нормально зашунтирована замкнутыми контактами про-
межуточных реле CSP-6 и CSG-6, приводимых в действие
соответственно -при замыкании контактов реле направле-
ния мощности D-3 и омметра второй ступени или органа
мощности Do-4 и токового реле Itf-4.
Тормозная обмотка чреле включена в анодную цепь
приемника^ и питается при приеме выпрямленными токами.
При нормальной работе обе обмотки блокировочного реле
обесточены. Для действия реле необходимо наличие тока
в рабочей обмотке при обязательном его отсутствии
в тормозной.
В последних модификациях схемы предусматривается
также шунтирование нормально замкнутого контакта реле
CSP-6 посредством дополнительного замыкающегося кон-
такта на реле CSG-6. Таким способом предотвращается
нежелательная пульсация схемы при затягивающемся от-
ключении однофазных замыканий на землю.
Сигнальное реле Al-б предназначено для пе-
риодической проверки исправности высокочастотной уста-
новки.
Переключатель SW служит для отключения
высокочастотной части защиты. Он производит следующие
операции: а) отключает защиту от замыканий на землю;
б) выводит из действия высокочастотную часть между-
фазной зашиты, оставляя в работе дистанционную защиту
со ступенчатой характеристикой; в) разрывает цепь бло-
кировки от качаний.
Высокочастотная часть схемы защиты дана на
фиг. VI, 28.
Работа схемы. При различных видах повреждения
схема работает следующим образом.
Замыкание между фазами на защищае-
мой линии с двухсторонним питанием. Ра-
ботает пусковой орган Z-5, подавая минус на катод за-
дающего генератора через нормально замкнутые контакты
промежуточных реле CSP-6* и CSG-6, Передатчик прихо-
дит в действие, посылая блокирующие импульсы на оба
конца защищаемой линии. Срабатывают омметры второй
?оны и реле направления мощности D-3, посылая импульс
на промежуточные реле CSP-6. Последние действуют,
разрывают цепь минуса, подававшегося на задающий ге-
нератор, и передатчики обеих сторон останавливаются.
В рабочих обмотках блокирующих реле RR-6 появляются
токи, тормозные же обмотки обесточены; поэтому реле
RR-6 срабатывают и замыкают цепь для импульса на от-
ключающие катушки выключателей двух сторон линии.
Одновременно с работой защиты через омметры, вто-
рых ступеней и блокировочные реле RR-6 с одной или
дзух сторон линии в зависимости от места и характера
повреждения действуют первые ступени дистанционной
защиты. Они производят отключение выключателей ми-
нуя блокировочное реле.
Замыкание на землю на защищаемой ли-
нии. Работает токовый пусковой орган h"-4, подавая ми-
нус на кагод задающего генератора через нормально
замкнутые контакты промежуточного реле CSG-6. Пере-
датчик приходит в действие, посылая блокирующие им-
пульсы на оба конца защищаемой линии. Срабатывают то-
коьые реле W-4 и реле направления мощности Do-4, посы-
лая импульс на промежуточное реле CSG-6. Последнее
действует и разрывает цепь минуса, подававшегося на ка-
тод задающего генератора. При двухстороннем питании
токами нулевой последовательности выводятся из работы
передатчики обеих сторон линии; при одностороннем пи-
тании—передатчик питающей стороны (передатчик прием-
ной стороны в действие приходить не мог). Блокирующее
реле RR-6 срабатывает, так как его рабочая обмотка де-
шунтируется и в ней возникает ток. Создаются цепи для
подачи отключающих импульсов и отключаются один или
оба выключателя линии в зависимости от числа сторон
ее питания токами повреждения.
Схема управления высокой частотой, как следует из
фиг. VI, 31, выполнена таким образом, что дается пред-
почтение для работы комплекта реле, предназначенного
для действия при замыканиях на землю. Это означает,
что если сработал пусковой орган защиты от замыканий
на землю — реле h"-4 и запустил передатчик, то реле
междуфазного комплекта не могут уже его остановить,
и наоборот, остановленный комплектом от замыканий на
землю передатчик не может быть запущен междуфазным
комплектом.
Цель такого предпочтения заключается в том, чтобы
предотвратить неправильную работу защиты при внутрен-
них я^ сквозных замыканиях на землю за счет несовер-
шенной работы междуфазного комплекта при этих П0-
вреждениях.
Замыкание между фазами или на землю,
вне защищаем,ой линии. В этом случае с питаю-
щей стороны срабатывают пусковые органы защит от за-
мыканий между фазами или ча землю Z-5, /0"-4 реле
направления мощности D-3 или D0-4, омметр второй сту-
пени, если повреждение расположено в его зоне действия,
или токовое отключающее реле защиты от замыканий на
землю h'-4. Таким образом передатчик с этой стороны
может быть остановлен. Селективность защиты при замы-
каниях на землю и междуфазных замыканиях в зоне дейст-
вия омметра второй ступени, могущего работать без вы-
держки времени через контакты блокировочного реле, до-
стигается при этом за счет работы передатчика приемной
стороны, посылающего блокирующие импульсы на прием-
ники обеих сторон линии. Третья ступень дистанционной
защиты должна работать правильно благодаря выбранной
соответствующим, образом выдержке времени.
Необходимо отметить, что в приведенном выполнении
при трехфазных замыканиях, расположенных вне защищае-
мой линии, но в зоне действия вторых или третьих сту-
пеней дистанционной защиты последняя отказывает в ра-
боте. Это объясняется тем, что дистанционная защита
имеет специальную рассматриваемую ниже блокировку от
качаний, действующую ш и при трехфазных замыканиях
с выдержкой времени, меньшей выдержки второй ступени
защиты.
Вторые, а тем более третьи зоны дистанционных за-
щит, как правило, на качания не реагируют\ вследствие
больших уставок выдержек времени. Поэтому обычно
для обеспечения резеовного действия дистанционных за-
щит на смежных участках при трехфазных замыканиях
их вторые и третьи ступени пускают помимо блокировки
от качаний.
Блокировка защиты при качаниях. Комплект защиты
от замыканий на землю, как включенный на фильтры
нулевой последовательности, блокировки не требует. Эта
блокировка необходима только для первой ступени ди-
237
станционной защиты и второй ее ступени при работе
с высокочастотной блокировкой.
В основу выполнения блокировки положен принцип, ис-
пользующий разный характер изменения во времени им-
педансов на зажимах реле при возникновении коротких
замыканий и при качаниях: в первом случае импедансы
снижаются скачком, во втором изменяются плавно. По-
этому при коротком замыкании пусковой орган и омметр
второй зоны работают практически -мгновенно, при кача-
ниях—с разницей во времени, определяемой периодом
качаний и различием в установках импедансов трогания.
Для осуществления блокировки в схему дополнитель-
но введены следующие реле: три промежуточных реле
А -б, В-6 и С-6, имеющих по одному нормально замкну-
тому и одному нормально разомкнутому контакту, реле
времени маятникового типа Р-б и промежуточное блоки-
ровочное реле Х2-б.
Цепь отключения междуфазного комплекта защиты
проходит через параллельно включенные нормально замк-
нутые контакты реле А-6, В-6, С-6 и Х^б. Реле А-6, В-б
и С-6 приводятся, в работу через нормально разомкну-
тые (включающие'генератор) и замкнутые (шунтирующие)
контакты пусковых органов Z-3. Реле Р-б -включено через
нормально разомкнутые последовательно соединенные кон-
такты реле А-6, В-б^ С-б и нормально замкнутый кон-
такт приемного блокирующего реле защиты RR-б. Блоки-
ровочное реле Х2-6, выводящее схему защиты из дейст-
вия при качаниях, получает питание при замыкании
нижнего контакта реле Р-б.
При возникновении качаний в первую очередь одно-
временно срабатывают пусковые органы Z-3 трех фаз.
Мгновенно действуют реле А-б, В-6, С-б, размыкая нор-
мально замкнутые и замыкая нормально разомкнутые
контакты. Защита остается включенной через замкнутый
контакт реле Х2-6. Контакт реле RR-б в цепи реле Р-б
остается при этом во всяком случае в течение некото-
рого времени еще замкнутым, так как реле RR-6 может
подейстзовать только после срабатывания омметра второй
ступени реле Z-& замыкающего свои контакты при кача-
ниях позже, чем пусковой орган. Поэтому через обмотку
реле Р-б успеет пройти импульс постоянного тока, оно
сработает, замыкая нижний контакт, и обусловит дей-
ствие реле Х2-6, выводящего защиту из работы.
Для того чтобы защита не выводилась также из
работы при трехфазных коротких замыканиях, сопровож-
дающихся, как и при качаниях, одновременным размыка-
нием контактов реле А-6, В-6 и С-б, реле Х2-6 разрывает
цепь защиты с некоторой небольшой выдержкой времени
(три-четыре периода), большей времени действия первой
ступени дистанционной защиты и времени действия за-
щиты с высокочастотной блокировкой (примерно два пе-
риода).
Если в течение периода качаний приемное блокиро-
вочное реле RR-6 срабатывает, оно разомкнет свой нор-
мально замкнутый контакт и обесточит реле времени Р-6.
Маятник реле начинает колебаться, замыкая попеременно
верхний и нижний контакты реле. При этом блокирующее
реле Х2-6, получая подпитку, сохраняет свои контакты
разомкнутыми до тех пор, пока амплитуда колебаний
маятника реле Р-6 не снизится до величины, при кото-
рой маятник уже не доходит до своих контактов. Для
предотвращения неправильной работы защиты выдержка
ьремени, создаваемая реле Р-6, определяющая время вос-
становления отключающей цепи защиты контактом реле
AV6', должна быть примерно равна периоду качаний си-
стемы.
Если в процессе качаний на защищаемом участке
произойдет трехфазное замыкание, цепь отключения за-
щиты восстанавливается и она может отключить повреж-
дение только с выдержкой времени, определяемой реле
времени Р-6, так как ни один из пусковых органов за-
щиты не возвратится © исходное положение и, следова-
тельно, ни одно из реле А-6, В-бу С-6 не замкнет цепи
отключения. Для более быстрого восстановления работы
238
защиты при несиммеюичных повреждениях используются
нормально замкнутые контакты реле А-6, В-6 и С-6. Если
в процессе качаний произойдет, например, замыкание меж-
ду двумя. фазами, пусковые органы одной или двух фаз-
при определенных углах расхождения осей роторов ка-
чающихся машин возвратятся в начальное положение,,
л.гновенно замкнутся контакты одного или двух соответ-
ствующих реле А-6, В-6, С-6 и восстановят цепь отклю-
чения защиты помимо реле Х2-6.
В релейную часть защиты входят еще сериесные
промежуточные реле CS-3 и CS-1, работающие по схеме
на «приЛипание». Первые шунтируют цепи отключения
раздельно каждой из фаз дистанционной защиты, вторые
производят шунтирование в целом отключающих цепей
защит дистанционной и работающей с высокочастотной
блокировкой.
Наличие этих реле даег возможность основным реле
защиты действовать непосредственно на отключающую
катушку выключателя, обеспечивая в то же время на-
дежность отключающей цепи. Следует отметить, что уже
наличие одного реле CS-1 определяет указанные свойства
схемы.
В рассмотренном, даваемом фирмой Вестингауз вы*
полнении дистанционная защита может действовать непра-
вильно при нарушениях в цепях измерительных транс-
форматоров напряжения (так как импедансные пусковые
органы имеют ток трогания меньше рабочего) и при дейст-
вии трубчатых разрядников в случае их установки на
защищаемой линии (время срабатывания зашиты около
двух периодов соизмеримо с временем действия трубча-
тых разрядников).
Для предотвращения неправильных действий защиты
при нарушениях цепей напряжения в Союзе обычно ис-
пользуется блокировка с включением реле в нулевой про-
вод между трансформатором напряжения и искусствен-
ной нулевой точкой, созданной тремя добавочными со-
противлениями (см. гл. IV, § 16).
Для предотвращения неправильной работы защиты
при действии трубчатых разрядников приходится увели-
чивать ее время действия. Это осуществляется введением
на выходе схемы дополнительных шунтовых промежуточ-
ных реле с достаточным собственным временем действия.
Рассмотренная схема, несмотря на некоторые частные
недостатки [Я. о], за последние годы получила в Союзе
значительное ,- -распространение для защиты сетей ПО—
220 kV, работающих с наглухо заземленными нулевыми
точками:
11. ОЦЕНКА ПРИНЦИПА НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
С БЛОКИРОВКОЙ И ОБЛАСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
Оценивая направленную защиту с блокиров-
кой в соответствии с основными требованиями,
предъявляемыми ко всем защитам, можно сде-
лать следующие выводы:
1. Селективность действия. Прин-
ципиально защита обеспечивает селективную за-
щиту линий в сетях любой, конфигурации с про-
извольным числом источников питания. Объяс-
няется это тем, что по своему выполнению за-
щита может действовать только при поврежде-
нии на защищаемом участке и никак не должна
увязываться с параметрами защит смежных
участков.
2. Быстрота действия. По принципу
работы защита является мгновеннодействующей.
При применении быстродействующих реле и
целесообразном их сочетании в схеме удается
получать полные времена действия защиты, не
превосходящие 0,02 ч- 0,05 сек.
3. Чувствительность. При применении
соответствующих пусковых органов защита ока-
зывается, как правило, достаточно чувствитель-
ной. Срабатывание пусковых органов вследствие
перегрузки или (в здоровых фазах) при повреж-
дении не может непосредственно привести к не-
правильному действию защиты. Поэтому пуско-
вые органы могут быть установлены более чув-
ствительными, чем, например, в схемах дистан-
ционных реактансных защит.
4. Надежность. Релейная часть защиты
относительно проста, значительно проще, чем у
дистанционных реактансных защит.
Схема имеет мертвые зоны по мощности,
обусловленные органами направления мощности,
и подвержена влиянию качаний. Однако веро-
ятность неправильного действия защиты при
качаниях значительно меньше, чем у реактанс-
ных защит, и осуществление для нее удовлетво-
рительных блокировок от качаний проще. Высо-
кочастотная часть в защитах с высокочастотной
блокировкой должна в настоящее время рас-
сматриваться как достаточно надежный элемент,
удовлетворительно функционирующий в услови-
ях эксплоатации.
Основным недостатком направленной защиты
с блокировкой по вспомогательным проводам
является относительно малая надежность по-
следних по сравнению с проводами защищаемой
линии, необходимость контроля их исправности
и высокая стоимость при большой длине линий.
Одним из основных недостатков направленной
защиты с высокочастотной блокировкой являет-
ся ее относительно большая стоимость за счет
высокочастотного оборудования. Некоторые эле-
менты высокочастотной защиты (например, кон-
денсаторы) могут быть одновременно с защитой
использованы для целей связи и телемеханики.
К обоим типам защит кроме того желательно
иметь резерв, действующий при неотключенных
повреждениях на смежных участках.
Принимая во внимание приведенные выше
соображения, можно установить следующую об-
ласть применения направленной защиты с бло-
кировкой, выполненной по эксплоатационно про-
веренным схемам:
а) Направленная защита с блокировкой по
специальным вспомогательным проводам к при-
менению не рекомендуется, так как, требуя про-
кладки контрольного провода подобно продоль-
ной" дйференциальной защите, она уступает
последней по своим качествам (более сложна,,
имеет мертвую зону, подвержена качаниям).
б) Направленная защита с высокочастотной
блокировкой, использующая в качестве канала
связи провода защищаемой линии, рекомендует-
ся в первую очередь к установке на длинных ли-
ниях высокого напряжения (ПО kV и выше), ра-
' ботающих близко к пределу устойчивости и
требующих мгновенного отключения поврежде-
ний на всей своей длине. Здесь она находится
вне всякой конкуренции. Кроме того рассматри-
ваемая защита может быть, конечно, рекомен-
дована к установке на всех длинных линиях вы-
сокого напряжения, повреждения на которых
должны отключаться достаточно быстро. На ко-
ротких линиях высокого напряжения (линиях
110 kV, длиной менее 10 km) предпочтение дол-
жно быть, однако, отдано продольной дйферен-
циальной защите, как более дешевой и имею-
щей некоторые преимущества (например, непод-
верженность качаниям и отсутствие мертвой зоны).
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ВЫБОР ПРИНЦИПОВ ЗАЩИТЫ CETEI
1. ЗОНЫ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТ
При осуществлении релейной защиты элект-
рической системы приходится считаться с тем,
что возникшее повреждение может не отклю-
читься защитой поврежденного элемента ввиду
отказа защиты или выключателей.
Для ликвидации аварии с минимальными по-
терями для системы желательно, чтобы повре-
ждение, не отключенное защитой данного эле-
мента, отключалось по возможности селективно
и быстро защитами смежных элементов.
Защиты смежных элементов работают в рас-
сматриваемом случае как дополнительные, ре-
зервные.
Из изложенного следует, что каждую точку
электрической системы в общем случае целесо-
образно 'Защищать двумя защитами: основной
(установленной на данном элементе) и дополни-
тельной резервной (установленной на смежном
элементе).
Принципиально пределы минимальных защи-
щаемых зон зависят от того, имеют ли шины
системы специальные защиты или защищаются
присоединенными к ним элементами.
В первом случае в защищаемую зону защи-
ты, установленной, например, на выключателе
В1 линии ((фиг. VII, 1), должны входить: линия,
на которой установлена защита, шины подстан-
ции на противоположном конце линии и все эле-
менты, непосредственно присоединенные к этим
шинам ((смежные участки линий до выключателя
на их противоположной стороне; трансформато-
ры, также до выключателей на их вторичных
сторонах).
Во втором случае в защищаемую зону той
239
же защиты должны входить (фиг. VII, 2) все
элементы, перечисленные в предыдущем случае,
я шины подстанций на противоположном конце
смежных элементов.
Необходимо отметить, что в первом случае
защита, охватывая смежные участки, действует
я при повреждениях на шинах подстанций, рас-
лоложенных на противоположных сторонах
смежных элементов. Таким образом практически
первый и второй случаи совпадают.
Защищаемая зона защиты, установленной на BJ -Н
Фиг* VII, I. Минимальные защищаемые зоны защит при наличии
специальных защит шин.
о-в
Защищаемы зона зашиты установленной на
BJ-A
Резервной называется защита, заменяю-
щая основную защиту данного элемента при ее
отказе или выведении из действия для проверки
или ремонта, и резервирующая защиту после-
дующих элементов в случае отказа защиты или
выключателей этих элементов.
Вспомогательной называется защита,
выполняющая некоторые вспомогательные функ-
ции, например, защиту мертвых зон, определяе-
мых органами направления мощности основных
защит, в пределах которых они. отка-
зывают в действии, ускорение работы
основных защит на части линии и т. п.
Указанные в виде примера функции вы-
полняются обычно максимальными то-
ковыми защитами мгновенного действия
(токовыми отсечками).
Резервные защиты элементов жела-х
тельно выполнять так, чтобы они дейст-
вовали по возможности быстро и се-
лективно между собой. Так, например
(фиг. VII, 3), характеристики дистанцион-
ной защиты желательно выбирать так,
чтобы при действии защиты 2 с вы-
держкой времени третьей ступени t$'
при повреждении на линии АВ в точ-
ке F и отказе ее защиты 7 защиты 2
и 3 работали бы селективно, т. е. имели
бы в третьей ступени выдержки време-
ни *з"'>*3"
Фиг. VII, 2. Минимальные защищаемые зоны защит при отсутствии
специальных защит шин.
Выполнение этих требований в некоторых
случаях практически весьма затруднительно или
даже невозможно, в других требует значитель-
ного количества релейного оборудования.
В ряде случаев поэтому допускается^ сокра-
щение зоны действия защит. К таким защитам
могут быть отнесены, например, следующие:
1) защиты от сверхтоков генераторов и цо-
нижающих трансформаторов, не обеспечиваю-
щие в ряде случаев отключений повреждений
на реактированных линиях 3—10 kV;
2) защиты линий в сетях с многосторонним
питанием, отказывающие в работе при коротком
замыкании за импедансами трансформаторов
подстанций.
2. ОСНОВНЫЕ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ (РЕЗЕРВНЫЕ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ) ЗАЩИТЫ
Различают два вида защит:
1) основная, 2) дополнительная (резервная
или вспомогательная).
Основной называется защита, селективно
защищающая весь данный элемент, например,
100Р/о1 длины линии с временем, по возможности
обеспечивающим бесперебойную работу непо-
врежденной части системы.
.240
Выполнить основную защиту линий
соответственно предъявляемым к ней
требованиям технически в большинстве
случаев вполне возможно. Выполнение резервных
защит с соблюдением всех требований, предъяв-
ляемых к ним, а особенно требования о резер-
вировании защит смежных элементов, в ряде
случаев весьма усложняет и удорожает защиты.
Поэтому в частности идут на следующие откло-
нения:
1) при отказе всех видов защит или выклю-
чателя на поврежденной линии допускают не-
селективное действие защит смежных участков,
например, неселективное действие дистанцион-
ных защит в третьих зонах ((фиг. VII, 4), выби-
рая одинаковыми выдержки времени третьих
ступеней смежных участков, которые, как из-
вестно {гл. IV, § 2), в кольцованных сетях с чи-
слом источников питания, большим одного, се-
лективно не могут быть подобраны;
2) токовые защиты линий в радиальных се*-
тях напряжением 10 kV и ниже выполняют ча-
сто упрощенными с включением одного реле на
разность токов двух фаз (могут не действовать
ори двухфазных замыканиях за понижающими
трансформаторами с соединением обмоток звез-
да-треугольник), что дает возможность вдвое со-
кратить количество устанавливаемых токовых
реле.
В ряде случаев функции резервирования за-
щит последующих элементов может выполнять
(и к этому всегда следует стремиться) основная
защита данного элемента, например, максималь-
ная токовая направленная и ненаправленная,
дистанционная и т. д.
В таких случаях на линиях, как правило,
должна устанавливаться только одна защита.
При выведении из действия такой защиты Для
проверки или ремонта она должна заменяться
защитой, установленной на шиносоединительном
-ftP=L°f?
Такое v решение вопроса в настоящее время
не может быть рекомендовано для широкого
применения.
В сетях напряжением 3—10 kV, например,
кабельных, на одиночных линиях должна уста-
навливаться всегда одна защита, выполняющая
функции основной и резервной для защит по-
следующих элементов. Исключением являются
только те отмеченные выше случаи, когда основ-
ная защита (например, продольная диференци-
^ альная) по своему принципу действия не
—•• может резервировать защит смежных
участков и отключать повреждения на
-^— шинах подстанций, не имеющих специаль-
ных защит.
л Ft tz
Фиг. VII.3. Характеристика селективно действующей дистан-
ционной защиты..
Фиг. VII.4. Допускаемый выбор одинаковые
по величине выдержки времени третьих
ступеней дистанционных защит.
j.
w?
3. ВЛИЯНИЕ КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ НА ЕЕ
РЕЛЕЙНУЮ 'ЗАЩИТУ
Требования релейной защиты в боль-
шинстве случаев не могут являться опре-
деляющими при выборе конфигурации
сети. Это обусловливается, с одной сторо-
ны, незначительной стоимостью защиты по
отношению к стоимости сети в це-
- лом и, с другой стороны, тем, чго
современный уровень техники релей-
Н1ьУ>
Зона неселект.
действия защит
2иЗпри отказе!
Фиг. VII,5. Две параллельные линии.
выключателе, с выделением линии на резервную
систему полос или специальным комплектом ре-
зервной защиты.
Если основная защита по принципу действия
не может резервировать защит последующих
элементов (например, диференциальная), следует
предусматривать по возможности более простую
резервную защиту.
х Установка на линиях как основной, так и от-
дельной резервной защиты, когда основная мо-
жет выполнять функции резервной, иногда .про-
изводилась в следующих случаях:
1) на линиях, напряжением 110 kV и выше,
являющихся основными в системе;
2) на линиях того же напряжения, не являю-
щихся основными, при условии, что поврежде-
ния на них, ликвидированные неправильно (на-
пример, при отказе их защиты), могут привести
к общесистемной аварии (например, радиальные
линии, отходящие непосредственно от шин ос-
новных станций или подстанций системы);
3) в некоторых случаях на линиях напряже-
нием 35 kV, отходящих от шин основных стан-
ций или подстанций системы.
16 Релейная защита
ной защиты позволяет осуществлять защиту
сетей любой нормальной конфигурации.
Однако при выборе конфигурации сетей тре-
бования релейной защиты учитываться безуслов-
но должны. При этом в частности следует иметь
в виду:
1) две параллельные линии (фиг. VII, 5)' яв-
ляются с точки зрения защиты обычно жела-
тельным элементом системы, так как для них
легко осуществить достаточно простую, надеж-
ную и недорогую основную быстродействующую
защиту путем применения поперечных диферен-
циальных защит: токовой, балансной или дифе-
ренциальной направленной;
2) в менее ответственных сетях низкого на-,
пряжения, например, распределительных, напря-
жением 3—10 kV в ряде случаев целесообразно
иметь радиальное питание потребителей, обеспе-
чивая работу потребителей при отключении ра-
ботающей линии, например, посредством авто-
матически включаемой резервной линии (распо-
ложенной слева на фиг. VII, 6) или вручную, за-
мыканием перемычки между двумя работающи-
ми линиями (фиг. VII, 7); это дает возможность
241
От источника
питания
Нормалью
отклонен
Фиг. VIIA Радиальное питание с автоматически вклю-
чаемым резервом.
устанавливать защиты только с питающей сто-
роны линий, без элементов направления мощно-
сти, например, простые максимальные токовые;
3) в системах с малыми токами замыкания
на землю, в основном в сетях генераторного
напряжения ряд затруднений встречается при
осуществлении защит от однофазных замыканий
на землю, действующих на отключение, в случае ,
связи секционированных шин источника питания
через потребительские подстанции (фиг. VII, 8);
4) большое количество последовательно
включенных участков и многократное кольцева-
ние сети усложняют осуществление резервиро-
вания защит и выключателей смежных участков,
затрудняют применение в ряде случаев простых
основных защит (например, в сетях 3—10 kV);
5) короткие линии в сложных сетях высокого
напряжения с многосторонним питанием требуют
применения продольных диференциальных за-
щит, для которых необходима прокладка вспо-
могательного кабеля, удорожающего защиту и
усложняющего ее эксплоатацию;
6) применение ответвлений на одиночных
(фиг. VII, 9) и параллельных (фиг. VII, 10) лини-
ях в ряде случаев нежелательно по следующим
причинам:
а) могут быть ухудшены характеристики ди-
станционной защиты: первая зона защиты может
оказаться укороченной, если длина ответвления
короче части линии от ответвления до ее проти-
воположного конца; могут возникнуть затрудне-
ния с выбором выдержек времени и защищае-
мых зон вторых ступеней как защиты данного
участка, так и смежных; замеры пусковых орга-
нов и омметров при наличии на ответвлении ге-
нерирующего источника искажаются;
б) продольные диференциальные защиты с
реле? типа транслей применены быть не могут,
так как за счет насыщения магнитопроводов
этих реле при сквозных коротких замыканиях
нарушатся балансы э. д. с. во вторичных цепях
защиты, оказывающихся непропорциональными
вторичным токам трансформаторов тока (см.
гл. IX, § 17);
242
шпщщр
1 I—\
Фиг. VII* 7. Радиальное питание с ручным включением
резерва*
Фиг. VI1,8. Связь секционированных шин станции через
" шины потребительских подстанций.
Фиг. VII.9. Лиция
с ответвлением на
подстанцию.
g-o-
ш&в
Т
I
Фиг. VII.10. Две
параллельные линии
с дву\я отретвления-
ми на подстанцию.
в) поперечные диференцнальные защиты, ус-
тановленные при наличии параллельных линий
с трех сторон, могут отключать повреждения с
двумя каскадами, т. е. с большой задержкой, и
должны выводиться со всех сторон из действия
при отключении любого из шести выключателей,
например, для ревизии;
г) может быть затруднена установка в ка-
честве основных мгновенных максимальных то-
ковых защит (с отсечкой) и т. д.
Необходимо, однако, отметить, что использо-
вание современных методов защиты и автомати-
ки (автоматического повторного включения) дает
в некоторых случаях удовлетворительное реше-
ние вопроса и для линий с ответвлениями: ис-
пользование, например, направленных защит с
высокочастотной блокировкой обеспечивает быст-
рое отключение повреждений также на линиях
с ответвлениями.
4. ТРЕБОВАНИЯ КО ВРЕМЕНИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТЫ
При определении максимального допустимого
времени действия защиты в сетях учитываются
следующие соображения.
Основная защита. Основная защита
линии должна действовать со временем, йе пре-
восходящим величины, при ^которой может быть
нарушена устойчивость параллельной работы си-
стемы. Желательно, чтобы это требование было
выполнено при всех возможных видах коротких
замыканий, включая замыкания между тремя
фазами.
В тех случаях, когда выполнение последнего
требования затруднительно в связи с большим
усложнением и удорожанием защиты или техни-
чески невозможно, допускается в системах с на-
глухо заземленными нулевыми точками прове-
рять устойчивость не по трехфазному короткому
замыканию, а по двухфазному замыканию на
землю.
Время действия защиты следует выбирать
также с учетом свойств потребителей данной си-
стемы. Желательно, чтобы при максимальном
времени действия защиты обеспечивалась бес-
перебойность работы потребителей, т. е. чтобу
при понижениях напряжения в сети, обуслов-
ленных короткими замыканиями, предотвраща-
лась необходимость отключения двигателей по-
требителей или, если это необходимо, предот-
вращалось снижение их числа оборотов до не-
допустимого уровня. Необходимость выполнения
этого требования должна устанавливаться в
каждом конкретном случае путем сопоставления,
с одной стороны, трудности его выполнения
(сложность защиты, большое количество потреб-
ного релейного оборудования) и, с другой, воз-
можных последствий нарушения работы двига-
телей при повреждениях в сети.
Выполнение указанных выше требований при
16*
недостаточно быстродействующей основной за-
щите в ряде случаев может быть обеспечено до-
бавлением к ней вспомогательной защиты —то-
ковой отсечки, дающей быстрое отключение ко-
роткого замыкания в наиболее опасных местах
линии — частях, прилегающих к шинам основных
станций и подстанций.
Резервная защита. Резервную защиту
линий желательно также выполнять с выдержка-
ми времени, определяемыми соображениями со-
хранения устойчивой работы системы, хотя бы
при наиболее *тсто встречающихся видах по-
вреждений. Практически осуществить это бывает
в большинстве случаев затруднительно, в част-
ности из-за необходимости отстройки по време-
ни срабатывания резервных защит от основных.
Однако всегда следует стремиться сокращать
выдержки времени резервных защит. Для этого,
например, иногда допускают неселективные от-
ключения менее ответственных подстанций.
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ НУЛЕВЫХ
ТОЧЕК СИСТЕМЫ НА ЕЕ РЕЛЕЙНУЮ ЗАЩИТУ
С точки зрения режима заземления нулевых
точек сети могут быть разделены на сети с боль-
шими токами замыкания на землю и сети с ма-
лыми токами замыкания на землю.
К сетям с большими токами замыкания на
землю относятся те, нулевые точки которых все
или частично заземлены наглухо '(непосредствен-
но или через малоомное сопротивление).
Обычно в таких сетях отношение реактанса
Хо нулевой последовательности системы, отнесен-
ного к точке повреждения, к реактансу положи-
тельной последовательности х\, отнесенному к
той же точке, не превосходит 4 ~- 6 (~<4 -г- 6J
В практике США иногда считают для этих сетей
<3.
В СССР наглухо заземляются, как правило,
сети напряжением 110 kV и выше. При осущест-
влении их защиты учитываются следующие виды
повреждений: замыкания между фазами, много-
фазные замыкания на землю в одной точке и
однофазные замыкания на землю. Многофазные
замыкания на землю в разных точках возможно
не учитывать ввиду того, что вероятность их воз-
никновения в правильно построенной и эксплоа-
тируемой сети весьма мала.
В системах с большими токами замыкания на
землю нулевые точки трансформаторов обычно
заземляются частично. Это делается в целях
уменьшения влияния на провода слабого тока
(идущие вдоль трассы высоковольтные линий
линии связи, провода железнодорожных блоки-
ровок и т. п.), облегчения заземляющих уст-
ройств подстанций и т. д.
В некоторых случаях частичное заземление
нулевых точек системы является целесообра;-
243
ным и с точки зрения устанавливаемой в сети*
релейной защиты.
Так, например, при применении защит, дейст-
вующих в зависимости от величин токов и на-
пряжений нулевой последовательности (токовые
отсечки нулевой последовательности, защиты
максимальной мощности нулевой последователь-
ности с зависимыми характеристиками выдержки
времени и др.), желательно при изменении ре-
жимов работы системы (количества включенных
трансформаторов) сохранять по возможности не-
изменными величины слагающих нулевой после-
чз-^мГу—$*
Фиг. VII,11. Радиальная тупиковая линия с разземленными нулевыми
точками понижающих трансформаторов.
Фиг. VII,12. Схема аварийного отключения в сети с частично заземлен-
ными нулевыми точками, при котором часть системы может оказаться
работающей с однофазным замыканием на землю при изолированной
нулевой, точке (зачерненными показаны выключатели, отключившиеся
при замыкании на землю в точке F).
ратором - токов нулёйой последовательности
(фиг. 1,9).
• Для работы с разземленными нулевыми точ-
ками силовые трансформаторы должны иметь
соответствующую изоляцию, так как при замы-
каниях на землю потенциал нулевой точки си-
стемы может в рассматриваемом случае значи-
тельно смещаться.
- Выполнение частичного заземления должно
итти в первую очередь за счет разземления ча-
сти или всех трансформаторов понижающих под-
станций, не имеющих источников питания се
стороны низшего напряжения.
В случае разземления даже части гграню-
формяторов подстанций^ «с источниками ira-
таишя в системе может произойти следую-
щее (фиг. VII,12).
При однофазном замыкании «а землю
ва шинах повышающей подстанции, не -
имеющих специальной защиты, поврежде-
ние отключится в первую очередь от
остальной-генерирующей части системы за-*
щитами линий, установленными) со сторон,
противоположных ловрежденным . шинам.
С [несколько большими выдержками вре-
мени должны будут сработать защиты иа
повышающих трансформаторах поврежден-
ной подстанции, один из которых (зазем-
ленный) обтекается токами всех трех по-
следовательностей, а второй (раззем лен-
ный) только токами положительной и от-
рицательной последовательностей. Случай-
но несколько ранее может отключиться
первый. Тогда ток повреждения, проте-
кающий через ©торой, снизится до незна-
чительной величины, нормальная защита
трансформаторов перестанет действовать и
.последний окажется длительно подающим
напряжение^ на систему с изолированной
нулевой точкой л поврежденной фазой.
За счет перемежающейся -вольтовой
дуги, обусловленной емкостным током при
достаточной его величине (в сети ПО kV
для этого достаточно иметь оставшимися
присоединенными к рассматриваемым ши-
нам линий общей протяженностью всего около 15 km),
в системе могут возникнуть недопустимые для ее изоля-
ции перенапряжения. - -
Поэтому на подстанщях, имеющих источники питания
со стороны низшего напряжения, нулевые точки транс-
форматоров разземляются только при крайней необходи-
мости, причем в последнем случае для защиты оборудо-
вания, если нельзя избежать описанной последовательно-
довательности. Это может быть в некоторых
случаях достигнуто при частичном заземлении.
Тогда, например, при сохранении^ на подстан-
циях по одному заземленному трансформатору
из двух установленных, при изменении числа
включенных трансформаторов эквивалентная
схема нулевой последовательности остается не-
изменной. Поэтому ТОКИ И напряжения нулевой ст*и отключения выключателей или если трансформаторы
последовательности, определяемые В ЗНачитель- Разземляются полностью, у:танаеливают специальные до-
„ " ' г « полштельные защиты (см. гл. XI. § 13).
ной мере сопротивлениями схемы нулевой по- Q ,rY T » » /
* Защита линии в системах с наглухо заземленной ну-
следовательности, оудут изменяться незначи- л^вой точкой может осуществляться одним комплектом
тельно. от всех видов повреждения или двумя комплектами, из
Для осуществления чувствительных ТОКОВЫХ которых^один действует при замыканиях между фазами,
защит нулевой последовательности радиальных а Другой —при замыканиях на землю,
тупиковых ЛИНИЙ часто бывает целесообразно Преимуществом первого способа является то, что
J v удается осуществлять защиту с меньшим количеством
разземлить нулевые \ТОЧКИ понижающих ^транс- релейного оборудования. Основными его недостатками
форматоров ((фиг. VII, 11). При ЭТОМ 'защиты, следует считать возможное в некоторых случаях пониже-
установленные С питающей СТОрОНЫ, не ДОЛЖНЫ ние чувствительности 'защиты и повышение выдержек вре-
отстраиваться при замыкании В ней ОТ ТОКОВ, меш €е ПРИ замыканиях на землю, определяемое необхо-
* димостью выбора параметров схемы, ориентируясь на меж-
которые посылались бы в питающую сеть пони- дуфа3ные повреждения,
жающим Трансформатором, ЯВЛЯЮЩИМСЯ гене- Преимуществами второго способа являются:
244
1) большая в ряде случаев чувствительность и мень-
шие выдержки врем-ени комплекта от замыканий на зем-
лю с использованием фильтров тока и напряжения нуле-
вой последозатечьности;
2) большая простота и надежность защиты от наибо-
лее часто встречающегося вида повреждений в сетях —
замыканий на землю. В частности комплекты защит от
замыканий на землю не требуют блокировок от качаний,
так как, имея пусковые органы нулевой последовательно-
сти, не действуют при качаниях, не сопровождающихся
повреждениями на землю.
Некоторые защиты от замыканий между фазами при
замыканиях на землю могут при определенных условиях
действовать неправильно (например, токовая балансная
защита, дистанционная реактансная защита) и должны
в этих случаях автоматически выводиться из действия;
существуют также защиты, реагирующие только на замы-
кания на землю (например, защита максимальной мощно-
сти нулевой последовательности с зависимой выдержкой
времени).
Поэтому в практике применяют оба эти способа вы-
полнения защит, причем первый применяется в. частности
в тех случаях, когда его использование не вызывает недо-
пустимого снижения чувствительности защит при замыка-
ниях на землю.
К сетям с малыми токами однофазного за-
мыкания на землю относятся: компенсированные
(наиболее часто в СССР — воздушные сети на-
пряжением. 35 kV), заземленные через высоко-
омные активные сопротивления (преимуществен-
но кабельные сети генераторного напряжения
6—10 kV) и имеющие изолированную нулевую
точку (например, воздушные сети напряжения
3—10 kV).
В сетях с малыми токами однофазного замы-
кания на землю приходится учитывать следую-
щие виды повреждений: замыкания между фа-
зами, двойные замыкания на землю, однофаз-
ные замыкания на землю.
Однофазные замыкания на землю в систе-
мах рассматриваемого типа не представляют не-
посредственной опасности для потребителей. По-
этому защиту от однофазных замыканий на
землю в этих сетях в ряде случаев считается
допустимым не устанавливать. Возникновение
повреждения устанавливается при этом устрой-
ствами контроля изоляции и отыскание повреж-
денного элемента производится вручную путем,
например, поочередного отключения отходящих
от шин подстанций линий.
При установке специальной защиты послед-
няя может действовать на сигнал или отключе-
ние устойчивых замыканий, не ликвидированных,
например, катушко{| Петерсена.
Преимуществами защиты, действующей на
отключение, являются: л меньшая вероятность
перехода однофазных замыканий на землю в
многофазные, например, двойные; упрощение
эксплоатации, уменьшение времени работы ма-
шин (например, генераторов) в ненормальном
режиме, с замкнутой на землю фазой в системе.
Однако такое решение в большинстве случа-
ев может быть принято только при наличии ре-
зервного питания у ответственных потребителей.
Действие защит на отключение применяется
в кабельных сетях.
В компенсированных сетях* 35 kV защиты
осуществляются обычно действующими на сиг-
нал. Защиты с действием на отключение при-
менялись в порядке исключения при низком
уровне изоляции системы.
^Для действия защит от однофазных замыка-
ний на землю создаются искусственные актив-
ные токи замыкания на землю небольшой вели-
чины, достаточные для работы специальных за-
щит, реагирующих на токи или мощности нуле-
вой последовательности.
В кабельных сетях при действии защиты от
однофазных замыканий на землю на отключе-
ние максимально допустимым считается ток по-
рядка 160—180 А. Есть основания предполагать,
что при таком токе однофазные замыкания не
будут успевать переходить в многофазные за
счет прожога изоляции в месте повреждения,
до того как будут отключены. Кроме того такие
токи допускаются для защит от замыканий на
землю генераторов (см. ниже гл. VIII).
При действии защит в кабельных * сетях на
сигнал или наличии только ycTpoftcfB контроля
изоляции максимально длительно допустимым
считается ток порядка 50 А. Как показывает
опыт эксплоатации, вероятность пр9жога изоля-
ции в месте повреждения и перехода ert) в
многофазное даже при длительном (порядка до
1 часа) протекании такого тока мала.
В воздушных компенсированных сетях, осо-
бенно при осуществлении защиты, действующей
на отключение, идут на создание в случае не-
обходимости также несколько больших токов,
чем указанные выше.
Исключение представляют появляющиеся в последнее
время компенсированные сети высокого напряжения 110 kV
и выше сложной конфигурации с несколькими источника-
ми питания, для которых в некоторых случаях является
целесообразным автоматическое отключение устойчивых
замыканий. Для надежного действия защит в этом случае
приходится иногда создавать большие токи путем шунти-
рования наглухо дугогасящих устройств системы (в слу-
чае их неудачного действия). Этот способ в последнее
время применяется з компенсированных сетях высокого
напряжения США.
Двойные замыкания на землю, как правило,
отключаются защитами от многофазных замыка-
ний; при этом стремятся отключать только одно
место повреждения с расчетом на то, что дуга
во втором месте может при этом погаснуть или
будет иметься время для более безболезненной
для системы ликвидации аварии.
Однако широкое распространение предложен-
ных для этого специальных блокировок в схе-
мах защит, принимая во внимание их несовер-
шенство и сложность, является нецелесообраз-
ным.
В большинстве случаев достаточно применять
двухфазные схемы защит, обеспечивающие без
245
всяких блокировок при двойных замыканиях на
землю отключение примерно в 67MI случаев
только одного места повреждения. При этом
трансформаторы тока для двухфазных защит
должны быть обязательно установлены в одно-
именных фазах (например, Л и С) во всей сети
данного напряжения.
6. СХЕМЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО
ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ
С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Схемы заземляющих устройств могут выполняться
с нормально включенным или нормально отключенным ак-
тивным сопротивлением (фиг. VII, 13 а и б), присоединяе-
мым между нулевой точкой системы и землей.
Фиг. V1I,13. Схемы заземляющих трансформатора
устройств с нормально включенным малой мощности
(а) и нормально отключенным (б) имеющего соеди-
заземляющим сопротивлением. нение обмоток
звезда-треугольник.
Преимуществами первого варианта является следую*
щее:
1) представляется возможным получать сигнал о крат-
ковременных замыканиях на землю, что, например, в ка-
бельных сетях дает возможность выявлять дефектные
кабели н принимать меры к их профилактическому ре-
монту;
2) обеспечивается более быстрое отключение повреж-
дения (в случае действия защиты на отключение);
3) уменьшаются при отсутствии дугогасящих уст-
ройств в системе величины перенапряжений, возникающих
при замыканиях через вольтовы дуги, обусловленные ем-
костным током сети. Это происходит за счет стекания
зарядов здоровых фаз через заземляющее устройство
в землю. С этой точки зрения заземляющие сопротивле-
ния в некомпенсированных системах желательно также
держать длительно включенными при устойчивых, авто-
матически неотключаемых замыканиях на землю.
«, Постоянное налдчие включенного сопротивления имеет
также следующее преимущество. При определении обслу-
живающим персоналом поврежденной линии в сети по по-
казаниям выпавших блиикероз имеется возможность бы-
стро проверить правильность их действия путем возврата
в начальное положение. В устройствах, рассчитанных на
кратковременный ток замыкания на землю, в данном слу-
чае было бы необходимо включать заземляющее .сопро-
тивление, которое может быть расположено и не на той
подстанции, где производится проверка.
Однако для выбора того или другого варианта сле-
дует также знать, как влияет активный ток разной вели-
246
чины на процесс гашения дуги в месте повреждения.
В настоящее время этот «вопрос еще не является вполне
лсным. Для воздушных компенсированных сетей опыты
указывали на ухудшение гашения при увеличении оста-
точного тока [Л. 1J. В кабельных компенсированных се-
тях некоторые опыты с активными токами, примерно до
50 А, не подтверждали указаогсото положения [Л. 2].
В настоящее время для воздушных компенсированных
сетей, как правило, принимается схема с нормально от-
ключенным заземляющим сопротивлением, автоматически
включаемым через время, достаточное для погашения
дуги дугогасящим устройством. Таким образом защита
отключает или сигнализирует только устойчивые одно-
фазные замыкания на землю.
Для кабельных сетей чаще принимается вариант
с нормально включенным заземляющим сопротивлением.
Для создания искусственного 13 ь распределительных
сетях, отходящих от шин понижающих подстанций, иног-
да используются [Л. 3] также силовые трансформаторы
малой мощности (5—20 kVA), имеющие соединения обмо
ток звезда-треугольник (фиг* VII, 14) или с первичной
обмоткой, выполненной зигзагом. Для этого их нулевая
точка заземляется непосредственно через выключатель,
который при неотключенных защитой однофазных замыка-
ниях на землю разрывает цепь заземления через время,
достаточное для работы защит, установленных в сети. t
Это производится обычно от реле напряжения, включен-
ного на фильтр напряжений нулевой последовательности,
или реле тока, устанавливаемого в цепи заземления
трансформатора. Длительно держать включенным такой
трансформатор при наличии в системе замыкания на зем-
лю очевидно нельзя, так как он работает в тяжелом для
себя режиме короткого замыкания.
Максимальная величина 13 ограничивается в рассмат-
риваемом устройстве практически' только собственным им-
педансом трансформатора. /3 имеет при этом значитель-
ную реактивную слагающую. Поэтому устройство более
пригодно при использовании защит максимального тока.
На фиг. VII, 15а в виде примера приведена принци-
пиальная схема автоматически работающего заземляющего
устройства с нормально включенным активным сопротив-
лением /, рассчитанным на кратковременный ток. В каче-
стве заземляющего трансформатора может быть исполь-
зован, например, трансформатор собственных нужд под-
станции. При устойчивых однофазных замыканиях на зем-
лю (например, в случае осуществления защиты от замы-
каний на землю, действующей на сигнал, при отказе
защиты, действующей на отключение, или при повреж-
дении на элементе, не снабженном защитой —шинах
Данного напряжения установки) заземляющее сопро-
тивление отключается посредством реле 3 и 4 и выклю-
чателя Bt.
Максимальное реле тока 3 применено в схеме взамен
реле напряжения, не имеющих необходимых параметров.
Его ток трогания выбирается так, чтобы оно не действо-
вало при отсутствии повреждения за счет смещения ну-
левой точки системы из-за несимметрии ее отдельных
фаз. Ориентировочно ток трогания реле 3 может быть
выбран соответствующим 10 -s- 20% от максимального
возможного напряжения нулевой последовательности на
зажимах измерительного трансформатора напряжения 2.
Добавочное сопротивление 6 служит при этом для необ-
ходимой регулировки тока через реле. При выборе тока
трогания реле 3 следует также учитывать значения токов
замыкания на землю, длительно допустимых для зазем-
ляющего сопротивления и трансформатора.
Выдержка времени реле 4 выбирается больше макси-
мальной выдержки времени защит от замыканий на зем-
лю в сети данного напряжения.
После ликвидации однофазного замыкания на землю
сопротивление / автоматически включается посредством
выключателя Ы через промежуточное реле 5, замыкаю-
щее при этом свой нижний нормально замкнутый контакт.
Схема может быть использована, например, в распре*
делительных сетях 3—10 kV понижающих подстанций.
На фиг. VII, 156 также в одде примера приведена
схема автоматически работающего заземляющего устрой-
ства с нормально отключенным активным сопротивле-
нием 2, присоединенным ко вторичной обмотке понижаю*
щего трансформатора /. Сопротивление рассчитано на
кратковременное (20-—30 сек.) протекание тока.
При возникновении в системе устойчивого однофазно-
го замыкания на землю сопротивление 2 включается по-
средством реле 3, 7 ш выключателя В1.
Пусковое максимальное токовое реле 3 выбрано по
соображениям и с параметрами в основном теми же, что
и для схемы фиг. VII, 15а.
Два реле 3 устанавливаются в тех случаях, когда
питание устройства осуществляется от двух групп изме-
рительных трансформаторов напряжения, установ-
ленных ш двух системах шин подстанции. _
Реле времени 7 имеет выдержку времена *
<3—4 сек.), «большую времена, в течение кото- Л
рого «возникшее (замыкание она землю «может быть
погашено, например, катушкой Петерсена. *
Отключение сотроппивлекия 2 осуществляет-
ся с (помощью реле 8, 5 п того же выключате-
ля BL
Реле бремени 8, имеющее время срабатыва-
ния большее, чем iy защит ют замыканий на зем-
лю © сети, отключает сопротивление яри (дли-
тельных замыканиях. Для предотвращения при
этом повторного включения выключателя по-
средством реле 7 цепь обмотки последнего раз-
рывается контактами промежуточного реле б до
момента ликвидации повреждения. Промежуточ-
ное реле 5 мгновенно отключает заземляющее
©оираггивление при исчезновения повреждения или
снижении напряжения нулевой последовательно-
сти до величины, меньшей {напряжения (возврата
реле 3.
Быстрое отключение (выключателя а этом
случае (необходимо по следующим причинам:
1) для восстановления действия схемы на
случай (возникновения повторных замыканий;
2) для предотвращения «еселективного дейст-
вия защит от замыканий в сети, если они рас-
считаны по коэфнциенту полноты замыкания на
землю Ъ, соответствующему иь реле 3% н таким об-
разом не согласованы между icoooft по чувстви-
тельности (см. гл. II, § 19). Такое неселектив-
«ое (действие защиты (возможно за счет того, что
козфнцвент полноты замыкания на землю, а сле-
довательно, а напряже-
ние ^нулевой последова-
тельности в системе imo'
гут снижаться после
включения заземляюще-
го устройства (см. гл. \%
§ 6. Предотвращение
йовторного включения
эыключателя обеспечи-
вается, при этом нали-
чием у .реле 6 Н6КОТ0-
торой выдержки пр»
возврате <(0,3—0,4 сек.).
За это время реле 3
после отключения вы-
ключателя и повышения
b успевают замкнуть
нижние контакты.
Схема может быть
яслользована, например,
в компенсированных се-
тях напряжением 35 kW*
7. ЗАЩИТА КАБЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ
3—10 kV С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ
НА ЗЕМЛЮ
При рассмотрении защиты кабельных сетей
напряжением 3—10 kV необходимо учитывать
следующее:
1. Конфигурация сетей является обычно до-
статочно простой. Это — главным образом ради-
альные линии с односторонним питанием. Встре-
чаются также параллельные линии, кольцован-
ные сети с одной точкой питания и радиальные
с несколькими точками питания.
Фиг. VII,15a. Схема автоматики заземляющего устройства с нор-
мально включенным сопротивлением.
Фиг. VII,156. Схема автоматики заземляющего устройства с нормально отключенным
сопротивлением*
247
2. На наиболее ответственных головных
участках линий, отходящих от шин станций или
районных подстанций, устанавливаются реакто-
ры. Отключение повреждений на реактированных
линиях с точки зрения оставления в работе не-
поврежденной части системы может быть допу-
щено с выдержкой времени.
3. Защита от всех многофазных замыканий,
как правило, осуществляется двухфазной. Такое
выполнение защиты имеет следующие преиму-
щества: а) требует меньшего количества реле;
б) допускает установку трансформаторов тока
только в двух фазах (в сетях без специальных
защит от замыканий на землю или при приме-
нении для последних трансформаторов типа Фер-
ранти); в) обеспечивает отключение только од-
ного места повреждения без всяких блокировок
примерно в 66°/о| случаев двойных замыканий на
землю.
Такая защита при двойных замыканиях на
землю, когда одно место повреждения распо-
ложено на фазе головной линии без трансфор-
матора тока, а другое на шинах питающей под-
станции, не подействует и приведет к обесточи-
ванию шин. Однако вероятность таких повреж-
дений мала, и поэтому с их возможностью при-
ходится соглашаться; следует также отметить,
что указанные неправильные действия вообще
не могут иметь7 места при наличии на линиях
защиты от замыканий на землю, действующей
на отключение.
На основании приведенных соображений ос-
новным типом защиты кабельных сетей является
максимальная токовая в двухфазном исполне-
нии. В целях экономии оборудования ее для
большинства случаев следует осуществлять уп-
рощенной, например, с включением одного реле
на разность токов двух фаз.
Схемы следует осуществлять с реле прямого
действия или на оперативном переменном токе,
если установка не имеет аккумуляторной бата-
реи, выбранной по другим соображениям (на-
пример, для дистанционного управления выклю-
чателями).
В первую очередь необходимо оценивать
возможность использования реле прямого дейст-
вия (например, типа КАМ завода «Электро-
аппарат»), учитывая, с одной стороны, их про-
стоту и, с другой, невысокие коэфициент воз-
врата и точность.
В случае нецелесообразности применения
реле прямого действия защиты осуществляются
на оперативном переменном токе.
Недостатком схем с включением одного реле
на разность токов двух фаз являете^ значитель-
ное понижение чувствительности при" замыкании
между двумя фазами, когда одна из них не
имеет трансформатора тока. Поэтому при воз-
можности и целесообразности осуществления
токовых отсечек, к применению которых следу-
248
ет стремиться, приходится часто переходить на
схему соединения трансформаторов тока и реле
в неполную звезду.
Защиты с реле косвенного действия и на
оперативном переменном токе обычно выпол-
няются посредством. реле с ограниченно-зависи-
мой характеристикой, например, типа ИТ-81 или
ИТ-11 ХЭМЗ. Применение реле ИТ-81, имею-
щих токовую отсечку, дает возможность на ре-
актированных линиях отключать без выдержки
времени повреждения до реакторов и в части
их витков и определенную зону линий в других
случаях.
Допускается также применение защит с не-
зависимыми характеристиками.
ШГ
4И-41 :—'.
Фиг. VII, 16. Односистемная схема включения максималь-
ной токовой защиты с реле ЭТ-ЬО ХЭМЗ, надежно дейст-
вующая при двухфазных замыканиях за трансфор-
маторами с соединением обмоток звезда-треугольник
и имеющая уменьшенные колебания чувствительности в
других случаях. л
Осуществление такой защиты в односистем-
ном исполнении с реле типа ЭТ-60 ХЭМЗ ебла-
дает следующими особенностями. Две половины
обмотки реле могут быть включены не на раз-
ность токов двух фаз, как это нормально осу-
ществляется, а на сумму токов с раздельным
присоединением каждой половины обмотки на
ток соответствующей фазы (фиг. VII, 16). Тогда,
например, при замыкании между двумя фазами,
на которых установлены трансформаторы тока,
магнитные потоки, выходящие из верхнего и
нижнего полюсов магнитопровода, оказываются
направленными навстречу и замыкаются как по-
токи рассеяния через боковые стороны магнито-
провода. При этом величина потоков рассеяния,
определяющая вращающий момент, обусловли-
вается фазным током и половиной витков об-
мотки. В результате можно получить схему,.
чувствительность которой в худшем случае по-
нижается примерно на ЗОЯ/о против приблизи-
тельно 7ЪЬ№ у нормальной схемы.
Схема эта также с разной чувствительностью,
но правильно действует при двухфазных по-
вреждениях за силовым трансформатором с со-
единением обмоток звезда-треугольник. Это
объясняется тем, что при протекании через
трансформаторы тока защиты двух равных по
величине и фазе токов через якорь реле про-
ходит поток, обусловленный суммой ампервит-
ков обмоток.
Ввиду приведенных свойств схемы ее воз-
можно использовать также для осуществления
токовых отсечек и защит, которые должны дей-
ствовать при повреждениях за трансформатора-
ми с соединением обмоток звезда-треугольйик.
В некоторых случаях радиальные линии с
односторонним питанием имеют сдвоенные под
один выключатель два кабеля. Тогда дополни-
тельно к основной максимальной токовой защи-
те может быть для ускорения отключения по-
вреждений добавлена в качестве вспомогатель-
ной поперечная токовая диференциальная защи-
та. Ее установка может быть, однако, оправдана
только в том случае, если не проходит токовая
отсечка и если^даваемое ей ускорение отключе-
ния действительно необходимо для обеспечения
бесперебойной работы .неповрежденной части
системы.
Для двух параллельных линий с односторон-
ним питанием могут быть рекомендованы к при-
менению в качестве основных поперечные ди-
ференциальные направленные защиты и макси-
мальные токовые защиты с питающей стороны.
Токовую балансную защиту для рассматри-
ваемо^о- случая применять не следует, так как
при существующем выполнении (реле типа
ЭБ-21 ХЭМЗ) она не пригодна для реактиро-
ванных линий (ток трогания зависит от сдвига
фаз токов в линиях) и имеет схему, немногим
более простую, чем поперечная направленная
защита.
Для 'кольцевой сети с од'ной точкой питания
и радиальной сети с несколькими точками пита-
ния при одиночных линиях может быть приме-
нена максимальная токовая направленная защи-
та и в точках, где по условиям селективности
орган направления мощности не требуется, мак-
симальная токовая защита.
При наличии на отдельных участках такой,
сети сдвоенных под один выключатель двух ка-,
белей для ускорения отключения повреждений
в некоторых случаях оказывается целесообраз-
ной установка в качестве вспомогательной попе-
речной диференциальной токовой защиты.
На параллельных линиях, снабженных от-
дельными выключателями, необходима также
установка поперечных диференциаль^ных направ-
ленных защит, так как максимальные направ-
ленные защиты при наличии двухстороннего пи-
тания не обеспечивают селективного отключения
только одной поврежденной из двух параллель-
ных линий.
Связь между станциями или станциями и
районными подстанциями в некоторых случаях
выполняют кабельными линиями на генератор-
ном напряжении. Для таких линий, имеющих
небольшую длину и требующих быстрого отклю-
яения, часто необходимо применять в качестве
основной продольную диференциальную защиту,
так как другие более простые типы защит
не удовлетворяют необходимым требованиям.
В этом случае обычно применяют защиты с ре-
ле типа транслей.
В качестве специальных защит от однофаз-
ных замыканий на землю при их установке, при-
меняются защиты нулевой последовательности:
максимальные токовые и максимальной мощно-
сти.
Для радиальных линий с одним генерирую-
щим источником рекомендуется как более про-
стая максимальная токовая защита. Применение
защиты максимальной мощности, особенно с
компенсацией iH& допускается только тогда,,
когда чувствительность токовой защиты оказы-
вается недостаточной, т. е. когда она действует
только при неприемлемо больших значениях ко-
эфициента полноты замыкания Ь.
Для защиты целесообразно использовать
трансформаторы тока типа Ферранти. Использо-
вание схемы Гольмгрина может оказаться же-
лательным, например, с питающей стороны реак-
тированных головных линий. В этом случае в
. защищаемую зону входит также реактор, что
невозможно при трансформаторах Ферранти, на-
деваемых на кабель. <
8. ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ КОМПЕНСИРОВАННЫХ
СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 35 kV
При выборе защиты для воздушных компен-
сированных сетей напряжением 35 kV необхо-/
Y димо учитывать следующее:
1) сети в ряде случаев могут иметь доста-
точно сложную конфигурацию;
2) линии в сетях 35, kV обычно не реакти-
руются, поэтому для обеспечения работы не-,
поврежденной части системы многофазные за-
мыкания, особенно на линиях, расположенных
вблизи основных станций и подстанций, должны
отключаться с минимально, возможными време-
нами;
3) число последовательных участков в этих
сетях, в особенности учитывая распределитель-
ные сети низшего напряжения, велико, поэтому.
если по условиям селективного отключения по-
вреждений и допустимы токовые или токовые
направленные защиты, они являются в некото-
рых случаях мало приемлемыми по своим вы-
держкам времени.
В связи с изложенным основным типом за-
щит для сетей сложной конфигурации напряже-
249^
здием 35 kV является дистанционная импеданс-
пая. Более совершенные, но сложные и дорогие
защиты — направленные с высокочастотной бло-
кировкой в рассматриваемых сетях не приме-
няются.
Импедансная защита выполняется трехфаз-
ной или двухфазной. Наиболее простые схемы—
двухфазные односистемные без переключения
токовых цепей широкого распространения не
имеют, так как дают неправильные замеры в
сложных сетях при двойных замыканиях на
землю. Поэтому их применяют только для ради-
альных тупиковых линий.
Преимуществом двухфазных схем или одно-
системных с переключением токовых цепей за-
щит является: а) сокращение количества по-
требного релейного оборудования; б) обеспече-
ние примерно в 66% случаев отключения только
одного места повреждения при двойных замы-
каниях на землю без применения специальных
блокировок. Поэтому двухфазные двухсистем-
иые схемы, например, дистанционных защит по-
лучают широкое распространение и в сетях на-
пряжением 35 kV и могут быть рекомендованы
ъ качестве основных.
Для обеспечения более правильного замера
сопротивления при двойных замыканиях на зем-
лю схемы импедансных защит за исключением
устанавливаемых на радиальных тупиковых ли-
ниях иногда выполняются с токовой компенса-
цией.
В тех же целях при двойных замыканиях на
землю на участках с /о=£ 0 они переключаются
яа фазные напряжения.
Максимальные токовые (нормального выпол-
нения) и токовые направленные защиты реко-
мендуются в качестве основных в тех случаях,
когда они обеспечивают селективное отключение
повреждений с приемлемыми выдержками вре-
мени (например, направленная защита устанав-
ливается с приемных сторон головных линий
кольца с одной генерирующей точкой, оборудо-
ванного дистанционными защитами; для указан*
ного места сети она выполняется мгновенно-
действующей).
Максимальные токовые защиты мгновенного
действия — токовые отсечки — широко применя-
ют в качестве вспомогательных защит. Их ос-
новное назначение — ускорить отключение по-
вреждения при недостаточно быстродействую-
щих основных защитах и обеспечить отключе-
ние при коротком замыкании в их мертвых
зонах.
. Поэтому токовые отсечки устанавливают,
когда: а) надежно перекрывают мертвые зоны
основных защит, б) защищают не менее 20—
30% длины линии при медленнодействующей
основной защите. При быстродействующей ос-
новной защите, не имеющей мертвых зон, уста-
новка токовых отсечек допускается только в
250
том случае, если они действуют на большей ча-
сти защищаемой линии.
На двух параллельных линиях устанавливают
поперечные диференциальные защиты (баланс-
ная токовая или диференциальная направленная)
и импедансные, если в данном частном случае
не могут быть применены взамен их более про-
стые максимальные токовые направленные или
ненаправленные защиты.
Для линий малой протяженности (длина до
4 ~ 5 km) нормальная дистанционная защита
(с первой ступенью без выдержки времени), как
правило, не может быть осуществлена. Это при-
водит при ее использовании в качестве основной
защиты (без первой ступени) к повышению вы-
держки времени отключения повреждений до
Аитаниец #-п I t—i /^"У*^ Потребитель
Фиг. VII, 17. Защита радиальной линии, питающей пони-
жающий трансформатор.
величины, соответствующей второй ступени, и
повышению выдержек времени вторых ступеней
защит смежных участков.
Если времена отключения повреждений ока-
зываются при этом для системы недопустимыми,
в некоторых частных случаях приходится при-
менять продольную диференциальную защиту
типа транслей. При этом следует выяснить воз-
можность использования для нее в качестве со-
единительных проводов воздушных лроводов,
выделенных на линиях связи.
На применение сложных защит следует, од-
нако, итти только в тех случаях, когда исполь-
зование наиболее простой максимальной токовой
защиты оказывается невозможным. Ниже при-
водится несколько случаев, когда токовая за-
шита может дать удовлетворительное решение
вопроса.
Примеры использования максимальной то-
ковой защиты. Защита радиальной ли-
нии, питающей понижающий транс-
форматор (фиг. VII,17). В ряде случаев, как
показывают соответствующие расчеты, удовлетво-
рительная защита линии может быть получена при
применении двухступенчатой максимальной токо-
вой защиты. Первая ступень защиты представляет
токовую отсечку. Для того чтобы она охваты-
вала всю линию, ее ток трогания отстраивается
от короткого замыкания за понижающим транс-
форматором. При этом для предотвращения
включения под напряжение выключателем ли-
нии поврежденного трансформатора (например,
при установке на линии автомата повторного
включения — АПВ, что для данного случая весь-
ма целесообразно) последний также должен
снабжаться токовой отсечкой. Вторая ступень
защиты работает как резервная, с выдержкой
времени, согласованной с временами работы за-
щит, установленных на понижающей подстанции.
Защита радиальной линии, пи-
тающей несколько понижающих
трансформаторов (фиг. VII, 18). Защита
может быть осуществлена, как и в предыдущем
случае. Однако при этом в случае, например,
перекрытия втулок 35 kV одного из трансфор-
маторов обесточиваются все за счет работы за-
щиты линии. На это в некоторых случаях счи-
тают возможным итти, принимая во внимание
малую вероятность таких перекрытий (при по-
ЛитаиаВ
Фиг, VII,18. Защита радиальной линии, пи- питпм1Р
тающей несколько понижающих трансформа- Wflww/g
торов.
вреждении внутри трансформатора должна дей-
ствовать его газовая защита—см. гл. IX) и воз-
можность установки АПВ.
Токовая защита для рассматриваемого слу-
чая может быть выполнена вполне селективной
при осуществлении ее трехступенчатой. Первая
ступень представляет отсечку без выдержки
времени, охватывающую часть длины защищае-
мой линии, так как ее ip m отстраивается от ко-
роткого замыкания в конце этой линии. Вторая
ступень является также отсечкой, но с выдерж-
кой времени, на ступень большей времени дейст-
вия токовых отсечек трансформаторов. Ее ток
трогания отстраивается от короткого замыкания
за понижающими трансформаторами. Третья
ступень работает как резервная, с выдержкой
времени, согласованной с защитами понижаю-
щей подстанции.
Второй вариант выполнения защиты имеет
тот недостаток, что первая зона может ока-
заться охватывающей только незначительную
часть линии или вообще не пройти.
Защита цепочки радиальных ли-
ний с односторонним питанием
(фиг. VII, 19). Защита может быть осуществлена
с использованием двухступенчатой максимальной
токовой защиты в комбинации с АПВ на голов-
ном участке и защит с выдержкой времени на
следующих участках.
Первая ступень защиты головного участка
является токовой отсечкой без выдержки вре-
мени, охватывающей всю цепочку линий 35 kV
и отстроенной от короткого замыкания за по-
нижающими трансформаторами.
Защиты следующих участков, как и вторая
ступень головного, действуют с выдержками
времени, выбранными согласно ступенчатому
принципу.
При повреждении на любой из линий выклю-
чатель головного участка отключается без вы-
держки времени и включается обратно АПВ;
отсечка головного участка выводится при этом
из действия. Если повреждение не ликвидиро-
вано, аварийный участок отключается селектив-
но своей защитой с выдержкой времени.
Защита кольцевой сети с'двумя источ-
никами питания, связанными линией без
промежуточных подстанций (фиг. VII, 20). Как
было показано в гл. III, кольцованные сети с числом
источников питания больше одного не могут, быть защи-
щены селективно токовой направленной защитой. Однако
в частном случае при непосредственной связи линией двух
источников питания за счет некоторых добавлений воз-
можно этой защитой осуществить селективную защиту
кольца.
Для осуществления защиты использовано то положе»
ние, что при повреждении на линии АВ мощность иа ли-
Jo-QD^
Потребитель
Фиг. VII,19. Защита цепочки радиальных линий с одно-
сторонним питанием.
Фиг. VIW0. Защита
кольцевой сети с двумя
источниками питания,
связанными линией без
промежуточных подстан*
ций.
Потр&итель
ниях АС или ВС должна быть направлена к шинам ге-
нерирующих подстанций А или В. При повреждениях на
линиях АС или ВС мощность в них может быть направ-
лена только от шин подстанций А и В.
Защита выполняется следующим образом. На ли-
нии АВ устанавливаются два комплекта реле: направлен-
ный без «выдержки времени и ненаправленный с выдерж-
кой времени, на ступень большей, чем на линиях АС и
ВС со стороны подстанций А и В.
Действие направленной защиты только на участке АВ
достигается за счет блокировки ее органами направления
251
мощности, установленными со стороны подстанций А и В.
Они дают возможность защите работать только при на-
правлении мощности в линиях АС и ВС к шинам.
"Быстродействующая защита линии АВ выполняется
направленной, для того чтобы не отстраивать ее по вре-
мени от защит других напряжений подстанций А и В.
Ненаправленный комплект защищает линию АВ при
работе сети разомкнутым кольцом.
В сетях 35 kV применяют те же специальные
защиты от однофазных замыканий на, землю,
что и в кабельных сетях напряжением 3—10 kV.
Они присоединяются к отдельным сердечникам
трансформаторов тока, соединенным в схему
Гольмгрина, или при отсутствии таковых вре-
заются в нулевой провод трансформаторов тока,
соединенных в звезду и используемых для дру-
гих защит. >
Пример выполнения защиты для сложной сети 35 kV
(фиг. VII, 21). Основные особенности сети:
1) сеть имеет один .генерирующий источник; ее питание
осуществляется от понижающей подстанции А через два
трансформатора напряжением 110/38,5/6,6 kV; 2) протя-
женность сети составляет 90,5 km; емкостный ток замы*
кания на землю превосходит 5 А, и для его компенсации
на подстанции А установлена катушка Петерсена; 3) по
условиям работы потребителей требуется защита от много-
фазных замыканий по возможности с минимальными вы-
держками времени; 4) на радиальных линиях для повы-
шения надежности энергоснабжения потребителей преду-
сматривается установка автоматов повторного включе-
ния (АПВ); 5) в целях повышения надежности питания
потребителей рассматривается возможность работы под-
станции А одновременно на двух системах шин 35 kV
с включенным шиносоединительным выключателем; отхо-
дящие от нее линии и питающие трансформаторы будут
в этом случае разделены между системами шин и зафик-
сированы за последними, как то указано на фиг. VII, 21.
Защита от многофазных замыканий. В це-
лях экономии релейного 'оборудования и упрощения схем
защита выполнена двухфазной. Специальных блокировок,
предотвращающих отключение двух мест повреждения при
двойных замыканиях на землю, не предусмотрено, так
как: а) система имеет хорошую изоляцию, снабжена дуго-
гасящим устройством и поэтому вероятность таких по-
вреждений невелика; б) за счет двухфазного выполнения
защит й возможного их действия с разными выдержками
времени не менее чем в 66% случаев будет отключаться
только одно место замыкания. Есть основания полагать,
что в ряде случаев перекрытие изоляции в другой точке
при этом погасится катушкой Петерсена.
Одиночная тупиковая линия ВГ. Защита
установлена только с питающей стороны на подстанции В.
Она выполнена максимальной токовой с независимой ха-
рактеристикой выдержки времени и отсечкой. На под-
станции Г работает только один трансформатор; поэтому
зона действия отсечки охватывает всю линию ВГ и часть
этого трансформатора. Для исключения случаев подачи
на поврежденный трансформатор подстанции Г после его
отключения повторного напряжения посредством АПВХ
установленного на подстанции В, защита трансформатора
должна быть быстродействующей. Независимая часть ха-
рактеристики защиты должна быть по времени согласо-
вана с выдержкой. времени максимальной токовой защиты
трансформатора. '
Одиночная линия БВ защищена также макси-
мальной токовой защитой с независимой характеристикой
выдержки времени и отсечкой. Защита установлена только
со стороны подстанции Б. Отсечка без выдержки времени,
как показывают расчеты, защищает значительную часть
линии БВ. Повреждения в конце линии должны уже от-
ключаться с выдержкой времени. Для сокращения по-
следней защита включает вторую отсечку, действующую
с выдержкой времени на ступень &t большей отсечки
линии ВГ и быстродействующей защиты трансформаторов
подстанции В. Время срабатывания этой отсечки составит
примерно 0,7 -т- 1 сек. Цо току трогания она должна быть
построена от короткого замыкания на шинах низшего на-
пряжения подстанции В и Г. Третья ступень выдержки
времени защиты должна быть согласована с временем
действия максимальных токовых защит трансформаторов
подстанции Лис временем защиты линии ВГ. На линии
установлен также АПВ.
Необходимо отметить, что защита линий ВГ и БВ
могла бы быть осуществлена также посредством реле
типа ИТ-81, имеющих встроенную отсечку. Схемы защиты
при этом упрощаются, однако может усложниться согла-
сование зависимых характеристик реле ИТ-81 с характе-
ристиками защит основного кольца сети.
Две параллельные линии АБ. В качестве ос-
новной защиты линии предусматривается с обеих сторон
поперечная диференциальная направленная защита; отказ
от установки со стороны подстанции А балансной токовой
защиты определился только недостаточно совершенным
качеством выпускаемых до сего времени реле ЭБ ХЭМЗ.
В качестве резервной защиты со стороны подстан-
ции А установлена максимальная токовая защита, вклю-
ченная на сумму токов обеих линий. В дальнейшем учи-
тывается возможность замены ее трехступенчатой дистан-
ционной импедансной защитой без органа направления
мощности. Таким образом повреждения в мертвой зоне
диференциальной защиты надежно отключаются ч токовой
или дистанционной защитой, и поэтому надобности в уста-
новке отсечки нет.
-Со стороны подстанции Б дополнительной защиты не
предусматривается, так как диференциальная направлен-
ная защита этой подстанции выполнена так, что при ра^
боте одной линии не отключается, а используется как
мгновенная максимальная направленная защита.
Одиночная линия БД. Защита устанавливается
с обеих сторон и в первую очередь осуществляется токо-
вой направленчой. В дальнейшем учитывается возможность
выполнения дистанционной импедансной направленной за-
щиты с тремя ступенями зыдержки времени. Выдержки
времени третьих ступеней ввиду наличия в сети только
одного источника питания могут быть выбраны по встречно-
ступенчатому принципу селективными по отношению к за-
щитам смежных участков. Отсечки не установлены, так
как по расчету не прошли.
Одиночная линия ДЕ. В первую очередь на
линии устанавливается токовая направленная "защита.
В дальнейшем при установке в сети импедансной защиты
токовая должна быть предусмотрена и на рассматривае-
мой линии. Ввиду малой длины линии (3,5 km) нормаль-
ная дистанционная защита с первой зоной без выдержки
времени не может быгь осуществлена. Поэтому преду-
смотрена двухступенчатая направленная дистанционная
защита импеда'нсного типа с временем действия первой
ступени порядка 1 сек. Первая зона этой защиты охва-
тывает всю линию ДЕ и части смежных элементов. В ка-
честве вспомогательной защиты для этой линии принята
продольная диференциальная защита типа транслей; для
сокращения числа жил вспомогательной линии и упроще-
ния контроля за их исправным состоянием она выполнена
односистемной. В качестве вспомогательных проводов ис-
пользуются провода, проложенные на -столбах линии
связи.
Одиночная линия АЕ. Со,стороны подстанции А
устанавливается в первую очеэедь токовая защита. В даль-
нейшем, как и на других линиях, возможно применение
трехступенчатой дистанционной импедансной защиты без
органа направления мощности. Со стороны подстанции Е
применена максимальная токовая направленная защита
без выдержки времени. Она работает селективно, так как
в рассматриваемой сети с питанием только со стороны
подстанции А по линии АЕ мощность может быть направ-
252
авЗса*Л»са-*Ла^ лХ- ,к^Я
ж«мкам»».*га«ул?а.,*рм«м1 •*•
Устройство
для создания
активного
тока
1-15 пт
Условные обозначения :
-Мгновенная защ.максимального тока от замыканий между фазами
-Мгновенная направленная защита максим, тока от замыканий между фазами
Защита максимального тока с независимой, характеристикой
ТЕ} и с отсечкой от замыканий ме>кду фазами
-Дистанционная защита импедансного типа от замыканий между фазами
с 3*& ступенями врем, с пусков, органом максимального тона
- ТоЖе, но напрадленная , ,
- Тоже, но е двуми ступенями бремени
ggn jj^| - Продольная диференциальная защита типа транслей от шмык.мокду фа
Sq - Направленная диференциальная защита от замык. между фазами- . '
- Балансная токовая защита от замыканий между фа?пш
(ffffi _ Диференциальная защита шин с фиксированным присоединением элемента
253^"^ от замыканий между фазами
— Защита максим, мощности от замыканий на земля,
ЕЭ действующая на сигнал
7*о\ _ Защита максим, тона от замыканий на землю,
~ действующая на сигнал
~* Лдтомат повторного включения-
^иг. VII, 21. Пример выполнения защчты для сложной сети 35 kV.
лева от шин подстанций Е а линяю только при повреж-
дения на последней.
Две параллельные линии АЙС. В качестве
основной защиты линии, устанавливаемой с обеих сторон,
как я для линий АБ, принята поперечная диференциаль-
ная направленная защита. В качестве резервной со сто-
роны подстанции А в первую очередь устанавливается
токовая защита, включенная на сумму токов обеих линий.
В дальнейшем предусмотрена установка ненаправленной
дистанционной защиты. Поскольку линии имеют односто-
роннее питание, защита выполнена для упрощения одно-
системной.
Защита от однофазных замыканий на
землю. Специальной защиты от однофазных замыканий
на землю вначале осуществлять не предполагается. Воз-
никновение замыканий устанавливается устройствами для
контроля изоляции.
В дальнейшем варианте намечается возможность уста-
нами специальной защиты. Эта защита действует от
искусственно создаваемого активного тока замыкания на
землю. Для уменьшения его величины в целях снижения
электромагнитного влияния на линии слабого тока и об-
легчения заземляющих устройств потребительских под-
станций, а также принимая во внимание хорошую изоля-
цию системы, защита выполнена действующей на сигнал.
Искусственный ток создается на подстанции А путем
шунтирования катушки Петерсена специальным устройст-
вом при устойчивых непогашенных замыканиях на землю.
Через время, достаточное для срабатывания защит, зазем-
ляющее устройство автоматически отключается.
Одиночные тупиковые линии ВГ и БВ.
Применена как наиболее простая токовая защита нулевой
последовательности, установленная на подстанциях Б к В.
Одиночные линии БД, ДЕ и АЕ. Для возмож-
ности определения по сработавшим защитам места по-
вреждения и для повышения чувствительности установ-
лены с обеих сторон каждого из участков защиты мак-
симальной мощности нулевой последовательности с ком-
пенсацией тока небаланса.
Параллельные линии АЖ и АБ. С питающих п
сторон линий установлены на каждой из линий в отдель-
ности защиты максимальной мощности с компенсацией
тока небаланса. Сэ стороны подстанции Б установлена
также защита максимальной мощности с компенсацией
тока небаланса.
Защита шин 35 kV подстанций. В целях эко-
номии оборудования и материалов, а также упрощения
защит подстанций использованы соответствующие защи-
ты линий.
Шины питающей подстанции А вначале предполага-
ются защищенными защитами от сверхтоков, установлен-
ными со стороны 35 kV понижающих трансформаторов.
В дальнейшем предусматривается возможность одновре-
менной работы двух систем шин с распределенными меж-
ду ними элементами я нормально замкнутым шиносоеди-
нительным выключателем. При этом устанавливается спе-
циальная диференциальная токовая защита в выполнении
для фиксированного распределения элементов (см. гл. XI,
§ 8). Она" обеспечивает при возникновении многофазного
замыкания на шинах отключение только одной повреж-
денной системы шин н дает возможность легче согласо-
вать выдержки времени резервных защит сети 110 kV
с выдержками времени защит данной сети 35 kV.
9. ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ С НАГЛУХО ЗАЗЕМЛЕННОЙ
НУЛЕВОЙ ТОЧКОЙ НАПРЯЖЕНИЕМ НО kV И ВЫШЕ
Сети напряжением ПО kV <и выше должны,
как правило, иметь основные надежные быстро-
действующие защиты или, где это возможно,
защиты с малыми выдержками времени.
К быстродействующим защитам относятся
направленные с высокочастотной блокировкой
554
продольные диференциальные и токовые отсеч-
ки. К защитам с малыми выдержками времени—
дистанционные и токовые с несколькими ступе-
нями выдержки времени.
Основные свойства направленной защиты с
высокочастотной блокировкой сводятся к сле-
дующему: отключает повреждение в любой точ-
ке линии без дополнительной выдержки време-
ни (собственное время два—пять периодов), об-
ладает высокой чувствительностью; подвержена
влиянию качаний и поэтому требует специаль-
ных блокировок, предотвращающих ее непра-
вильные действия; имеет относительно высокую
стоимость.
Свойства продольной диференциальной защи-
ты следующие: работает без дополнительной вы-
держки времени и имеет высокую чувствитель-
ность; не подвержена влиянию качаний; требует
прокладки вспомогательных проводов и специ-
альных устройств для контроля за его исправ-
ностью; обладает меньшей надежностью по
сравнению с первой защитой, ввиду того что
повреждения высокочастотного канала связи
менее вероятны, чем вспомогательного кабеля;
. имеет высокую стоимость, примерно пропорцио-
нальную длине линии, так как основная часть
стоимости определяется стоимостями кабеля и
его прокладки.
Дистанционная защита обладает следующи-
ми свойствами: работает без выдержки време-
ни максимум на 80—85%» длины защищаемого
участка и с выдержкой времени порядка 0,7—
1,2 сек. — на остальной его части; такие време-
на й ряде случаев являются недопустимыми;
имеет собственное время действия (в первой зо-
не) у реактансных защит, как правило, заметно
большее, чем у направленных с блокировкой и
продольных диференциальных защит, и практи-
чески меньшую, чем у них, чувствительность;
подвержена неправильным действиям при кача-
ниях, в особенности при реактансном выполне-
нии; имеет значительно меньшую надежность,
чем направленная защита с высокочастотной
блокировкой, за счет большей сложности схемы
и возможности неправильных замеров дистанции
омметрами. Преимуществом этой защиты по
сравнению с ранее рассмотренными является
меньшая стоимость и работа в качестве резерв-
ной при отказе защит или выключателей смеж-
ных элементов. Свойства токовых отсечек и то-
ковых защит со ступенчатыми характеристика-
ми рассмотрены. выше.
В соответствии с приведенными выше со-
ображениями основной защитой в мощных си-
стемах с сетями сложной конфигурации для ли-
ний большой длины, как правило, должна яв-
ляться направленная защита с высокочастот-
ной блокировкой.
Для линий небольшой протяженности (менее
10—15 km) экономически, а иногда и технически
более целесообразной оказывается продольная
диференциальная защита» которую и приходится
в таких случаях применять взамен направлен-
ной с высокочастотной блокировкой.
Дистанционная защита может применяться в
качестве основной в менее ответственных сетях
и для менее важных линий, в сетях сложной
конфигурации там, где ее выдержки времени
являются допустимыми для системы. Защиту
следует осуществлять с реактансными омметра-
ми. Для линий значительной длины от замыка-
ний между фазами могут использоваться более
простые импедансные омметры.
Во всех случаях, где это возможно, следует
взамен дистанционных применять токовые защи-
ты со ступенчатыми характеристиками.
При применении в качестве основных защит
направленной с высокочастотной ^блокировкой
или продольной диференциальной требуется
установка дополнительных резервных защит.
Резервными защитами могут быть:
1) дистанционные реактансные — от замыка-
ний между фазами и на землю;
2) дистанционные импедансные — от замыка-
ний между Фазами (целесообразность использо-
вания импедансных защит от замыканий на зем-
лю в связи с появляющимися при этом в виде
замыкания значительными переходными сопро-
тивлениями, является в настоящее время недо-
статочно ясной);
3) максимальные токовые направленные и
ненаправленные — от всех видов повреждений;
4) защиты максимальной мощности нулевой
последовательности с зависимой характеристи-
кой в комбинации с токовыми защитами нуле-
вой последовательности с независимой характе-
ристикой— от замыканий на землю.
Там, где это представляется возможным, не-
обходимо стремиться применять в качестве ре-
зервных более простые и надежные типы за-
щит, требующие для осуществления меньшего
количества релейного оборудования. В связи с
этим следует всегда проверять возможность
применения в качестве резервных тех защит,
которые перечислены в п. 2, 3 w 4. Это особенно
легко сделать, если направленные защиты с высо-
кочастотными блокировками скомбинированы в
релейной части с дистанционными защитами.
В качестве вспомогательной защиты в сетях
ПО kV и выше широко используются токовые
отсечки. Условия их применения те же, что и в
сетях 35 kV.
Для двух параллельных линий основным ти-
пом защиты является поперечная диференци-
альная защита (токовая балансная или диферен-
циальная направленная). В качестве резерва к
ней могут быть применены перечисленные выше
варианты резервных защит. Они могут быть
включены на сумму токов обеих линий.
Однако в некоторых случаях, например, нрш
каскадном действии поперечной диференциаль-
ной защиты или при работе только одной линии,
оказывающейся защищенной только резервными
защитами, времена отключения повреждений по-
лучаются для системы недопустимо высокими.
Тогда в исключительных случаях приходится
применять в качестве основных быстродействую-
щие защиты на каждой из линий в отдельно-
сти (направленную с высокочастотной блокиров-
кой или продольную диференциальную). Отка&
при этом в целях упрощения от поперечных ди-
ференциальных защит при установке продоль-
ных диференциальных явился бы в некоторых
случаях недостаточно обоснованным, так как
линии, лишенные весьма надежной поперечной
защиты, могут оказаться плохо защищенными:
при длительном выходе из работы, например,,
при порче кабеля, значительно менее надежной
продольной диференциальной защиты.
Выше были рассмотрены общие случаи осу-
ществления защит в сетях напряжением 110 kV
и выше. Необходимо иметь в виду, что в част-
ных случаях представляется возможным приме-
нять более простые схемы защит.. Некоторые из
возможных вариантов были рассмотрены выше
для сетей 35 ikW
10. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
Выполнение по основным рассмотренным выше прян
ципам зашит, надежно резервирующих отключения по-
вреждений на смежных элементах системы, является:
иногда задачей весьма трудной или даже неразрешимой.
Поэтому в некоторых случаях, например, в кольцованных
сетях высокого напряжения, имеющих многостороннее пи-
тание я короткие участки линий, встает вопрос о приме-
нении специальных способов резервирования.
В настоящее время разработан ряд таких способов
[Л. 4 и 5]. Однако широкого распространения они не по-
лучили и поэтому здесь не рассматриваются.
II. РАЗМЕЩЕНИЕ ЗАЩИТ ПО ТРАНСФОРМАТОРАМ
ТОКА И ЗАЩИТЫ НА ШИНОСОЕДИНИТЕЛЬНЫХ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ
Размещение защит по трансформаторам тока*
желательно производить с учетом следующих:
соображений:
1. Основная и резервная защиты должны по
возможности присоединяться к отдельным об-
моткам трансформаторов тока. Этим исключает-
ся возможность переключений в цепях тока од-
ного типа при проверке другогр.
2. Измерительные приборы желательно при-
соединять также к отдельным обмоткам транс-
форматоров тока. Этим предотвращается воз-
можность неправильных переключений в цепях
защиты персоналом, обслуживающим измери-
тельные приборы. Необходимо также учитывать.
что измерительные приборы имеют меньшую
устойчивость против короткого замыкания, чем
реле. В случае невозможности выделения для
255
измерительных приборов отдельных обмоток
трансформаторов тока в некоторых случаях их
питают через специальные промежуточные
трансформаторы тока с пт = 5/s, устанавливае-
мые на релейных щитах и таким образом нахо-
дящиеся вне области действий персонала, об-
служивающего приборы. В последнее время в
целях экономии трансформаторов тока и конт-
рольного кабеля считают также допустимым
включать измерительные приборы (в первую
очередь амперметры) непосредственно в токо-
вые цепи защит.
3. Желательно4 такое размещение, при кото-
ром выключатель защищаемой линии входил бы
в зону действия одной из них (желательно той,
которая имеет меньшее время действия).
Защита, устанавливаемая на шиносоедини-
тельных выключателях подстанций, скоммутиро-
ванных по европейскому типу (один выключа-
тель на каждый элемент, присоединяемый к
двойной системе шин через развилку из двух
разъединителей), имеет следующие основные
назначения:
1) заменять .защиту линий или трансформато-
ров при проверке последней; это требуется в
тех случаях, когда на этих элементах не уста-
новлено соответствующей резервной защиты;
2) заменять защиту линии, присоединенную
к встроенным трансформаторам тока, при за-
петлевании выключателей высоковольтных под-
станций, например, для ревизии; в этоде случае
одновременно с выключателями выводятся из
работы и встроенные в них трансформаторы то-
ка; необходимо отметить, что в рассматривае-
мом случае возможен также перевод (включе-
ние) защиты линии на трансформаторы тока
I; НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ
Синхронные генераторы являются наиболее
ответственным и ценным оборудованием совре-
менных электрических систем.
Повреждение в генераторе должно быть об-
наружено в самом начале его возникновения и
ограничено или прекращено с максимальной
быстротой. Поэтому весьма важно правильно
выбрать релейную защиту для генератора.
Защита должна отключать генератор только
при тех повреждениях и ненормальных режи-
мах работы, которые представляют для генера-
тора действительную опасность. При этом за-
щита должна быстро отключать генератор от
системы, не нарушая бесперебойной работы
остальной, неповрежденной части системы.
256
Шиносоединительного выключателя без исполь-
зования специальной защиты на последнем;
3) осуществлять защиту выделенной второй
системы ши«, например, при работе через нее
элемента с запетлеванным выключателем.
В системах напряжением 3—10 kV, имеющих
простые типы защит, на шиносоединительных
выключателях, как правило, устанавливается
максимальная токовая защита с выдержкой вре-
мени и широкими пределами регулировки уста-
вок и иногда токовая отсечка. Они в боль-
шинстве случаев удовлетворяют предъявляемым
к указанным защитам требованиям.
В системах высокого напряжения, имеющих
сложные, часто не одинаковые на отдельных ли-
ниях защиты, вопрос выбора защиты для шино-
соединительного выключателя является значи-
тельно боле^, сложным.
Необходимо, однако, принять во внимание,
что в таких сетях: а) в ряде случаев имеются
резепвные защиты, б) регулировка и проверка
сложных защит соединительного выключателя
занимают часто весьма значительное время;
в) проверка защит линий при соответствующей
постановке эксплоатации и применении разного
рода приспособлений, ускоряющих эту операцию,
например, тестблоков, занимает относительно
небольшое время, г) постоянная установка на
шиносоединительных выключателях всех под-
станций системы сложных и ценных защит,
используемых весьма неполноценно, часто эко-
номически нецелесообразна. Поэтому в рассма-
триваемом случае применяют для шиносоедини-
тельных выключателей также упрощенные типы
защит. Обычно на них устанавливаются макси-
мальные токовые направленные или нена-
правленные защиты и токовые отсечки.
При отключении генератора его связь с си-
стемой прерывается, но это не ликвидирует
возникшее в генераторе повреждение. Выбег
генератора при отсутствии специального тормо-
жения продолжается до 20 и более минут. Маг-
нитное поле ротора и э. д. с. в обмотке статора
могут в течение Длительного времени иметь до-
статочные величины для поддержания вольтовой
дуги и ее разрушающего действия в месте по-
вреждения.
Следовательно, чтобы прекратить развитие
повреждения, необходимо кроме отключения
генератора одновременно ввести в действие
специальное устройство для гашения поля, бы-
стро снижающее э. д. с. генератора. Это же
устройство устраняет возможность повышения
напряжения на зажимах генератора при его от-
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ
ключении, вызванном повреждением во внеш-
ней сети.
При внутренних повреждениях в генераторе
во избежание пожара вводится в некоторых
случаях в действие специальное противопожар-
ное устройство.
Развитие пожара в значительной мере зави-
сит от количества свежего воздуха, подтекаю-
щего к месту повреждения. В современных ге-
' нераторах обычно применяется замкнутая си-
стема вентиляции. В нормальных условиях экс-
плоатации во избежание присоса в машину че-
рез неплотности загрязненного воздуха в воз-
душном канале устраивают специальное окно с
фильтром для свободного доступа воздуха.
В момент возникновения пожара в генераторе
это окно необходимо закрывать специальной за-
слонкой, прекращая этим приток кислорода, не-
обходимого для поддержания горения. Автома-
тическое закрытие заслонки производится от
действия защит, реагирующих на внутренние
повреждения генератора, или от руки.
Таким образом при повреждении генератора
или при ненормальном и опасном для генерато-
ра режиме работы защита должна:
1) отключить генератор от системы; .
2) привести в действие устройство для га-
шения поля; .
3) привести в действие автоматическое про-"
тивопожарное устройство, если оно имеется, и
прекратить впуск добавочного воздуха (при
внутренних повреждениях).
В зависимости от способа заземления ну-
левой точки генератора в отдельных случаях от-
ключается вместе с главным выключателем еще
и выключатель в цепи заземления.
2. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ
РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРОВ
При работе генератора могут произойти
электрические и механические повреждения.
Основной4 из причин, способствующей воз-
никновению электрических повреждений, явля-
ется разрушение изоляции. Различные виды
электрических повреждений и ненормальные
режимы работы генераторов можно классифи-
цировать следующим образом: •
I. Повреждения обмотки стато-
ра: 1) трехфазные замыкания; 2) двухфазные
замыкания; 3) однофазные замыкания: а) замы-
кания одной* фазы на землю (на корпус п ора-
тора), б) замыкания между витками одной фа-
зы; 4) обрыв цепи.
II. Повреждения цепи возбужде-
ния: 1] замыкания на землю в одной точке;
2) замыкания на землю в двух точках; 3) замы-
кания между витками; 4) замыкания между по-
люсами; 5) разрыв цепи.
III. Повреждения демпферной об-
мотки (при ее наличии).
17 Релейная зашита #
IV. Пожар железа.
V. Ненормальные режимы рабо-
т ы. Ненормальные режимы работы в момент
своего возникновения не являются прямой угро-
зой для генератора в смысле разрушающего их
действия. Однако ненормальные режимы могут
способствовать возникновению повреждений.
К числу основных ненормальных режимов ра-
боты генераторов относятся:
1) появление сверхтоков;
2) недопустимое повышение напряжения;
3) недопустимая несимметричная нагрузка;
4) асинхронный ход.
3. ВИДЫ ЗАЩИТ
Чтобы обеспечить надежную защиту генера-
торов от повреждений и ненормальных режи-
мов работы, применяются следующие основные
типы защит и специальных дополнительных
устройств:
1) максимальная токовая защита или защи-
та минимального напряжения с токовой блоки-
ровкой как защита от сверхтоков или внутрен-
них многофазных замыканий;
2) диференциальная продольная токовая за-
щита как защита от внутренних многофазных
повреждений и в некоторых частных случаях
защита от однофазных замыканий на землю;
3) защита максимальной мощности нулевой
последовательности с компенсацией тока не-
баланса как защита от однофазных замыканий
на землю '(корпус);
4) диференциальная поперечная токовая за-
щита как защита от замыканий между витками
одной фазы (для генераторов с параллельными
ветвями обмотки статора);
5) защита от повышений напряжения (для
гидрогенераторов);
6) устройство для гашения поля;
7) специальные защиты ротора от замыка-
ний на землю в одной и двух точках;
8) противопожарное устройство.
Какие из перечисленных защит и в каком
сочетании должны устанавливаться в конкрет-
ных случаях на различных генераторах, рас-
смотрено в следующих параграфах.
4. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СВЕРХТОКОВ
Под сверхтоками принято понимать токи
выше номинальных, которые возникают в об-
мотках генератора при отсутствии в них повре-
ждения.
Основными причинами^ вызывающими появ-
ление сверхтоков в обмотках генератора, явля-
ются:
1) перегрузка генератора; 2) замыкание во
внешней цепи.
257
5. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
На фиг. VIII, 1 представлена схема защиты,
выполненная тремя мгновенными максимальны-
ми токовыми реле 1, реле времени 2 и проме-
жуточным реле 3.
При замыкании контактов реле 3 подается
импульс на отключение выключателя (в резуль-
тате чего генератор отключается от шин) и на
ввод в действие автомата гашения поля (АГП).
Трансформаторы тока
для максимальной токовой
защиты могут быть устаноЕ*
лены между нулевой точ-
кой генератора и началом
НаД.Г.
j
Фиг. VI1I,1. Схема максимальной токовой защиты гене-
ратора.
Длительные сверхтоки могут вызвать на-
гревание изоляции обмоток свыше предельно
допустимой температуры. Изоляция обмоток
статора способна служить много лет при темпе-
ратуре не свыше примерно 105—125° С в зави-
симости от сорта изоляции. Та же изоляция при
температуре 140—150° С разрушается в не-
сколько суток.
Поэтому способность генератора выдержи-
вать ту или иную перегрузку определяется тем-
пературой нагревания обмоток.
При перегрузке током нет необходимости в
быстром автоматическом отключении генератора.
Защиту от перегрузок следует устанавли-
вать действующей на сигнал или на отключение
только части менее ответственных потребителей.
При этом максимально допустимое время
перегрузки в аварийных условиях может быть
определяемо, исходя из разрешаемого при этом
дополнительного перегрева обмоток.
Сверхтоки, обусловленные установившимся
симметричным внешним замыканием, в тепло-
вом отношении воздействуют на генератор, так
же как и токи симметричной перегрузки.
Значительную опасность в смысле теплового
действия представляет для генератора и внеш-
нее двухфазное замыкание. В этом случае поле
реакции якоря от слагающей токов отрицатель-
ной последовательности при . соответствующем
времени протекания моэйет вызвать недопусти-
мый перегрев ротора индуктируемыми в нем
токами*.
В целях защиты генератора от внешних за-
мыканий должна устанавливаться специальная
защита, действующая на отключение.
К числу причин, вызывающих чрезмерное на-
гревание генератора, необходимо отнести еще
один из видов повреждений — обрыв цепи фа-
зы статора.
При обрыве цепи одной из фаз трехфазного
генератора последний переходит на режим ра-
боты, аналогичный однофазной нагрузке, присо-
единенной на напряжение между здоровыми
фазами. Ток в поврежденной фазе, например Л,
отсутствует. По двум нагруженным фазам про-
текают равные и обратно направленные токи
Как и при внешнем двухфазном замыкании,
такие токи создают синхронно-вращающийся по-
ток реакции якоря (от системы токов положи-
тельной последовательности) и обратный поток,
вращающийся с двойной синхронной скоростью
относительно ротора (от системы токов отрица-
тельной последовательности). Возможность об-
рыва цепи фаз статора в современных генера-
торах мало вероятна. Специальных защит от
этого вида повреждений поэтому не предусмат-
ривают.
258
его статорной обмотки (фиг.ч VIII, 1) или между
обмотками генератора и шинами (фиг. VIII, 2).
Защита, выполненная по фиг. VIII, 2, не дейст-
вует при внутренних междуфазных поврежде-
ниях, если генератор работает на шины один.
Схема защиты фиг. VIII, 1 этого недостатка не
имеет. Поэтому трасформаторы тока уста-
навливаются, как правило, в соответствии
С фИГ. VIII, 1 *.
Основными параметрами максимальной то-
ковой защиты являются ток трогания ip,m и
выдержка времени t.
Для максимальной токовой защиты генера-
тора ip.m должен быть больше его номиналь-
ного тока iHOM, отнесенного ко вторичной об-
мотке трансформатора тока, т. е.
h.m>iH0M. (VIIU)
1 По фиг. VIII, 2 трансформаторы тока устанавливают-
ся только при защите генератора токовыми отсечками,
действующими от тока, направленного из системы.
Обычно принимают (см. гл. II, § 2)
Ip.m ~^'1ном'
(VIII,2)
В соответствии с (VIII,2)
(VIII,3)
Выдержка времени защиты генератора дол-
жна быть больше максимальной выдержки
времени защит других элементов системы, от-
ходящих от генераторных шин. Если макси-
мальная выдержка времени в системе
то минимальная вы-
Шкж д, пцу таОг^шц11..1[Мгт
Фиг. VIII,2. Нереко-
мендуемый вариант
установки трансфор-
маторов тока для ма-
ксимальной токовой
защиты генератора.
держка защиты ге-
нератора опреде-
ляется как
*г min == *ф max ~т~
+(1-*-2)Д*. (VII1,4)
Двойная ступень
выдержки времени
выбирается в неко-
торых случаях для
надежности, учиты-
вая, что она не уве-
личивает выдержек
времени других за-
щит системы, и дан-
ная защита не яв-
ляется обычно для
генератора основ-
ной. Максимальная
токовая защита име-
ет значительные выдержки времени, которые
в зависимости от конфигурации системы могут
достигать 4—10 сек. Защита при этом реаги-
рует только на .установившиеся токи повреж-
дений. Это в значительной мере определяет
и выбор типа характеристики' выдержки вре-
мени реле защиты.
На фиг. VIII,1 приведена защита с выдерж-
кой- времени, не зависимой от величины тока.
Принципиально возможно применение защиты
и с ограниченно-зависимой характеристикой.
В тех случаях, когде предыдущие по располо-
жению элементы системы мощностью, соизме-
римой с генераторной, снабжены максимальной
защитой*с зависимой 'характеристикой, выбор
подобной же характеристики для защиты ге-
нератора с точки зрения их согласования мо-
жет быть иногда оправдан.
Однако защита с зависимой характеристи-
кой имеет в данных условиях существенные
недостатки. Вследствие малой кратности токов
повреждения при сквозных коротких замыка-
ниях она работает главным образом в началь-
ной, зависимой и менее точной части характе-
ристики. При качаниях роторов генераторов
некоторые из типов реле с зависимой харак-
теристикой способны суммировать повторяю-
щиеся импульсы тока и неселективно подей-
ствовать. Эти недостатки максимальной токо-
вой защиты с зависимой характеристикой, а
также и то, что смежные элементы системы,
по которым должно проводиться согласование
выдержек времени (например, повышающие
трансформаторы), имеют обычно защиту с не-
зависимой характеристикой, способствуют ши-
рокому применению для генераторов защиты
с независимой характеристикой.
Максимальная токовая защита при выпол-
нении ее согласно фиг. VIII,1 получается весь-
?
Фиг. VIII, 3. Схема ма-
ксимальной токовой
защиты генератора
с двумя выдержками
времени.
ма простой, и в этом состоит ее основное пре-
имущество. В смысле выполнения требований,
предъявляемых к защите о г с/верхтоков (сиг-
нализация при перегрузках и отключение при
коротких замыканиях), эта схема имеет следую-
щие крупные недостатки.
При работе генератора с пониженным воз-
буждением установившийся ток внешнего ко-
роткого замыкания (особенно при замыкании
за трансформатором или реактором или отсут-
ствии регуляторов напряжения) может быть
мало отличным от номинального тока генера-
тора. В таких случаях защита может отказать
в действии.
При перегрузках с током, большим tp.mj
защита может отключить генератор раньше,
чем это требуется по условиям допустимого
нагрева обмоток.
Однако загрубить защиту нельзя, так как
тогда она будет еще менее совершенно рабо-
тать при внешних коротких замыканиях.
Таким образом схема максимальной токовой
защиты при ее выполнении по фиг. V11I,1 не
удовлетворяет основным требованиям защиты
от сверхтоков. Как защита от многофазных
замыканий в генераторе она также по своим
выдержке времени, чувствительности и отсут-
259
ствию селективности при нескольких генери-
рующих точках в системе весьма несовершен-
на. Поэтому ее применяют в качестве защиты
как от многофазных замыканий, так и сверх-
токов только для генераторов небольшой мощ-
ности (обычно меньше 1 mW), если это допу-
стимо по условиям селективности.
На фиг. VIII, 3 приведен вариант максимальной то-
ковой защиты, выполненный по схеме с двумя выдерж-
ками времени. При перегрузке реле времени 4 с мень-
шей выдержкой времени отключает с помощью проме-
жуточного реле 6 часть менее ответственных потребите-
лей. Благодаря этому в некоторых случаях при появле-
нии перегрузки генератор может быть автоматически
разгружен. Реле времени 3 с большей на ступень вы-
держкой времени действует на отключение генератора.
Схема защиты в подобном выполнении значительных
преимуществ не имеет и распространения не получила.
6. ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТОКО-
ВОЙ БЛОКИРОВКОЙ
На фиг. VIII, 4 приведена более совершен-
ная защита генератора от сверхтоков, которая
действует при перегрузке на сигнал, а при за-
мыкании в системе или генераторе — на отклю-
чение.
Защита, действующая при повреждениях,
состоит из трех однофазных реле минимального
напряжения мгновенного действия 3, трех мак-
симальных токовых реле 4, реле времени 7
и промежуточного реле 8. ip. m реле 4 и вы-
держка времени реле 7 определяются теми же
требованиями; что и в схеме фиг. VIII, 1. Боль-
шое значение имеет в данной схеме правиль-
ный выбор напряжения трогания для реле 3.
Чтобы обеспечить резервное действие за-
щиты при замыкании за сосредоточенными им-
педансами элементов, присоединенных к шинам,
необходимо напряжение трогания реле выби-
рать по возможности большим, исходя из сле-
дующего соотношения (см. гл. IV, § 13):
Up. m = -й—Г" • иРлб m!n, (VII1, 5)
где иРабmin — минимальное рабочее напряжение,
при котором не должна действо-
вать защита;
kH и ke — больше единицы; обычно ир. т =5=
^=0,7 — 0,75 *w
При схеме действующей только от реле мини-
мального напряжения имеется, опасность не-
правильного отключения генератора при по-
вреждениях в цепи трансформатора напряже-
ния, при подъемах напряжения с нуля, при вос-
становлении напряжения после отключения по-
вреждения. Максимальные токовые реле в этом
случае блокируют действие реле минимального
напряжения, разрывая на своих контактах цепь
оперативного тока. На случай перегорания пре-
дохранителей у трансформатора напряжения
И1И других нарушений в цепях напряжения за-
260
щиты в цепи контактов реле напряжения уста-
навливается специальный сигнал.
Недостатком схемы является то, что она
в некоторых случаях не реагирует на устано-
вившиеся токи внешних замыканий. При недо-
статочном токе возбуждения генератора и от-
сутствии регуляторов напряжения установив-
шийся ток внешнего замыкания может оказать-
ся меньше. ip.m максимальных токовых реле.
Вследствие снижения напряжения реле мини-
мального напряжения могут подействовать и
замкнуть свои контакты, но контакты токовых
реле останутся разомкнутыми и защита не обес-
печит отключения выключателя.
При замыкании за сосредоточенным реак-
тансом, например, за реактором на отходящей
линии, ip может быть и больше ip.m, но напря-
жение на зажимах генератора может при этом
оказаться больше напряжения трогания реле
минимального напряжения и, следовательно,
защита также не подействует.
Некоторые преимущества рассмотренной
схемы (в основном то, что она не действует
на отключение при перегрузках) по сравнению
с простой максимальной токовой защитой не
дают все же основания считать ее вполне
удовлетворительной, даже только как защиту
от сверхтоков.
Как удовлетворительная основная защита
от внутренних замыканий данная схема вообще
не должна рассматриваться, так как помимо
всех указанных выше недостатков для макси-
мальной токовой защиты она может отказывать
в действии при многофазных замыканиях у ну-
левой точки статора генератора, когда напря-
жения на его выводах к шинам окажутся до-
статочно большими.
Вопрос о создании достаточно простой
и надежной защиты генератора, действующей
на отключение генератора только при корот-
ком замыкании и не допускающей его непра-
вильных отключений при перегрузках, до сих
пор не получил надлежащего решения.
В последнее время были предложены принципиально
более совершенные схемы защиты генератора от сверх-
токов, действующей на отключение генератора только
при коротком замыкании.
На фиг. VIII, 5 приведена в виде примера схема такой
защиты [Л. 1], где / — максимальное токовое реле (нор-
мально по одному на фазу), 2 — реле времени, 3 — про-,
межуточное реле и 4 — поляризованное реле.
i m максимального токового реле выбирается в пре-
делах 1,8 -т- 2,0 iH0M генератора, вследствие чего схема за-
щиты на перегрузку не реагирует.
При коротком замыкании от броска тока реле / сра-
батывает. Промежуточное реле 3 подействует и, получая
питание через контакты реле 4, удержит свои контакты
притянутыми до тех пор, пока сработает реле времени 2,
т. е. когда генератор отключится. Таким образом схема
реагирует на начальные значения тока короткого замы-
кания, которые, как правило, больше tptm. Время выдерж-
ки реле 2 выбмрается, исходя из условий селектив-
ности (VIII, 4).
Для питания деблокирующего поляризованного ре-
ле 4 предусмотрен трансформатор напряжения с мостом
из сухих выпрямителей. При нормальном режиме гене-
ратора, когда напряжение остается постоянным, поляри-
зованное реле бездействует (конденсатор не пропускает
постоянного тока).
При коротком замыкании напряжение уменьшается.
Конденсатор разряжается через поляризованное реле, ко-
торое приходит в действие, замыкает свои контакты
и деблокирует схему максимальной токовой защиты.
В момент отключения короткого замыкания напряже-
ние возрастает, конденсатор дополнительно заряжается.
Контакты поляризованного реле разрываются, и проме-
жуточное реле 3 приходит в исходное положение.
Подобные схемы требуют еще тщательной проверки
их действия в условиях эксплоатации„
Реагирующим органом защиты при перегруз-
ках служит устанавливаемое дополнительно
мгновенное максимальное токовое реле 2. При
действии последнего получает питание реле
времени 6.
ip.m реле 2 выбирается возможно малым
с учетом тока возврата и с kH порядка 1,05,
т. е. в пределах 1,1 —1,2 от iH0M. Коэфициент
надежности выбирается (в целях повышения
чувствительности защиты от перегрузки) по
наименьшему его значению, определяемому
только погрешностью реле в ip.m. Выдержка
времени, осуществляемая реле 6, выбирается
точно так же, как и в схеме максимальной то-
ковой защиты. Установка выдержки времени
обусловлена стремлением избежать сигнала
при кратковременных сверхтоках.
Промежуточное реле 5 снимает напряжение
с реле 6, после срабатывания последнего само-
блокируется и действует на сигнал вместо
реле 6, возвращающегося в исходное положе-
ние. Реле 5 требуется только при применении
реле времени, не рассчитанных на длительное
протекание тока через их обмотку.
Рассмотренная схема защиты от минималь-
ного напряжения с токовой блокировкой как
защита от сверхтоков является в настоящее
время основной для генераторов, снабженных
специальными защитами от многофазных замы-
каний.
Эта схема защиты от сверхтоков помимо
своего прямого назначения реагировать на пе-
регрузки и внешние повреждения служит од-
новременно резервом для защиты генератора
от внутренних повреждений. Однако вследст-
вие малой чувствительности она может не
подействовать при внутренних многофазных
повреждениях с замыканием незначительного
числа витков у нулевой точки генератора, со-
провождающихся малым снижением напряже-
ния.
7. ВНУТРЕННИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ГЕНЕРАТОРЕ
Замыкание между фазами статорной обмот-
ки является одним из наиболее опасных видов
повреждения генератора. '
В зависимости от режима работы генера-
тора, от места замыкания и условий связи ге-
йератора с системой токи повреждения могут
изменяться в широком диапазоне и достигать
больших величин.
При любом виде повреждения на зажимах
генератора или во внешней сети токи замыка-
261
Фиг. VIII,4. Схема защиты минимального напряжения с токовой
блокировкой и токовой защиты от перегрузок генератора.
Фиг. VIII, 5. Один из вариантов защиты повы-
шенной чувствительности генераторов от сверх-
токов.
ния для любого момента времени без значи-
тельного труда и с приемлемой для практики
точностью могут быть вычислены на основе
существующих способов расчета. Вопросы опре-
деления зависимости величины тока поврежде-
ния от числа замкнутых витков представляют
значительные затруднения. При некоторых до-
пущениях принципиальное решение рассмотре-
но ниже [Л. 2, Л. 3, Л. 4, Л. 5].
В целях простоты рассматривается случай
работы генератора на холостом ходу. Внешняя
нагрузка отсутствует. При относительном числе
симметрично-замкнутых витков а, считая от
нулевой точки к зажимам генератора, в зам-
кнутой части каждой фазы (фиг. VIII, 6) индук-
тируется э. д. с. Еа*
Если полное активное сопротивление об-
мотки фазы R, то при замыкании а витков
/?«=а#.
(VIII, 7)
При определении реактивного сопротивле-
ния обмотки двухполюсного генератора для
токов любой последовательности исходят из
предположения, что полный реактанс замкну-
той части обмотки Ха состоит из двух.частей:
собственного реактанса Хс«, определяемого
потоками Ф„ сцепляющимся только с данным
витком, и общего реактанса Х0б*, определяе-
мого потоками Фоб, сцепляющимся со всеми
витками фазы (фиг. VIII, 7).
а£ф
осп
ахк
pi
*2*о&.1
-<>^|£Щ]РЬ«>«^^^
I
I
I
! *п
ллшн
Схема
положитель-
ной последо-
вательности,
Н-^аллллаЖ^^
Фиг. VIII, 6. Зависимость э. д. с. от доли ьитков статор-
ной обмотки генератора.
Фиг. VIII, 8. Схема замещения положительной последова^тельности
для случая трехфазного замыкания а витков статорной обмотки
генератора.
Таким образом полный реактанс замкнутой
части равен
Ха = Хса + Хоба. (VIII, 8)
Так как собственный поток каждого витка
не сцепляется с другими витками, то можно
считать
Хса = *Хс. (VIII, 9)
%8
/ _ —-
ч\
- --а-.--О, \
*р~-
КМ&ШШШШк
/
'/.
/
/ /
/
Фиг. VIII, 7. Сцепление потоков с витками.
С достаточной для целей расчета точно-
стью
Еа = аЕф, (VIII, 6)
где Еф — фазная э. д. с. при а = 1.
262
Изменение общего реактанса при учете по-
токосцеплений всех витков должно быть вы-
ражено в квадратичной зависимости от числа
витков, т. е.
Хоба*=о?Хоб. (VIII, 10)
Таким образом
Ха=*аХе + а*Хоб. (VIII, 11)
Для величин полных реактансов в схемах
положительной, отрицательной и нулевой по-
следовательностей таким образом получаются
следующие соотношения:
Х\а = <X.XCl -J- CL2X06xy
Хч* = &ХС% -f- о?Хоб.2У
ХоЛ = olXCq -f- а2 ХОб0-
Принимая при этом XCl = XCi=Xct можно
на основе метода симметричных составляющих
определить токи для большинства-встречаю-
щихся видов внутренних замыканий. На фиг.
VIII, 8 приведена схема замещения для случая
замыкания между тремя фазами согласно фиг.
VIII, 9. На фиг. VIII, 10 представлены схемы
(VIII, 12)
(VIII, 13)
(VIII, 14)
С Фиг. VIII, 9. Трехфазное
замыкание а витков
статорной обмотки гене-
ратора.
Г «4
L.
П Схема
положитель-
ной последо-
вательности
V?
Фиг. VIII, 11. Двухфазное Ц
замыкание а витков I
~1
ее г ах„2 агхяД1> \ \Схема
ci.iopw»ob,oT« ™«- | вшиыпат
ратооз. Ьв» _ — _ * /
ратора,
(-—о-ЛАЛЛАЛАЛАЛ-0-
Л
замещения для замыкания между двумя фазами
согласно фиг. VIII, 11. На фиг. VIII, 12 пред-
ставлена схема замещения для замыкания в од-
ной фазе согласно фиг. VIII, 13.
В схемах замещения учтено активное со-
противление обмотки R и замыкание предпо-
лагается через некоторое Rn.
По закону Ома ток трехфазного замыкания
согласно фиг. VIII, 8 равен
^ aR + Rn+j^Xc + a*Xo6i) * (VIII>15)
Ток положительной и отрицательной после-
довательностей для двухфазного замыкания со-
гласно фиг. VIII, 10 равен
/(2)= ;<2)
«I «2
j2aR+Rn+2jaXCi +/*« (А^ +^2)# (УШ> 1б)
Полный ток двухфазного замыкания в по-
врежденных фазах
= -J 2aR + Rn +j [2aXc + аЦХ^ +Хоб%)] ' (УШ> 17)
Ток положительной, отрицательной и нуле-
вой последовательностей для однофазного за-
мыкания согласно фиг. VIII, 12 равен:
ДО:
:/0):
«8
S /О) =
«О
<*Е«
'aRa+aRn+j^+x^+x^)
(VIII, 18)
Фиг. VIII, 10. Схема замещения для случая двухфазного
замыкания а витков статорной обмотки генератора.
*£.
l
1 Схема k
1 положитель-
ной последо-
лвательности
отрицатель-
f ной последа-
J деятельности
?Л* ' Схема
&ь ! нУлеВоА
^\и \последоВа-
i тельностц
Фиг. VIII, 12. Схема замещения для случая однофазно^
замыкания а витков статорной обмотки генератора-
а)
■<>ЛЛЛ^^АЛЛЛ-
Ь—~VWVWWV-
*—<>^VWVWV<-
-А
-3
-С
или
/0) .
Фиг. VIII, 13.
Однофазное
замыкание
а витков ста-
торной обмотки
генератора.
а — расположенных ff)
с края обмотки; '
б"—расположенных
внутри обмотки.
За£й
——VWWVWV4"
-А
-В
•С
ЗаЯ + 3Rn + j [а (2ХС + XCJ + в» (Xo6i + Хоб% + Х^]
(VIII, 19)
263
Для случая металлического замыкания, т. е.
когда #„ = 0, уравнения (VIII, 15), (VIII, 17)
и (VIII, 19) дают следующие значения токов
для каждого из рассмотренных видов повреж-
дений:
т
-Ф
*u=-j
/<'] -:
УЗЕф
2R+j[2Xe + a(X.6t+Xo6ty]>
ЗЕф
* -3R+J [2Хе+Х^)-уа (Xe6t-tXo6t+Xo6>)] •
(VIII, 20)
(VIII, 21)
(VIII.22)
1
15
to
5
l\
'Л
in
И
■ 1
1»
5\l
I 1
1 '
1\
1 V
! 1
\
У
\
\'
\
[
\
\
V
\
\
1
V
\
\
\
\
\
~\
1
\
ч
1
S.
\
\
\
1
V
\
Ч
ч
ч
^
\
ч«
ч^
ч^.
р"
т<3)
S
if
Ч
Ч
•>»,
Ч
X
та)
N.
Т0
ч
N
*»*«к
Ч^
^ч
"^
'—^
——
* 1
н
. 1
[j£od
50
Фиг. VIII, 14. Зависимость тока короткого замыкания от доли
замкнувшихся витков при различных видах повреждения.
Предельные максимальные значения этих
токов при а, стремящемся к нулю, равны:
"Ф
7(3)
'oAmax R+jXc
/(2) s
*■ аВ max
/<]> .-
"Ф
'1 2R-tJ2Xc >
264
«Л max —3/? +/ (2ХС>+ Хс%)
(VIII, 23)
(VIII, 24)
(VIII, 25)
Примерная полученная расчетом зависи-
мость токов повреждения от числа замкнутых
витков для начального и установившегося зна-
чений токов приведена на фиг. VIII, 14 (гене-
ратор работает один на холостом ходу, замы-
кание чисто металлическое).
В практических условиях замыкания проис-
ходят, как правило, через некоторое Rn. Даже
незначительная абсолютная величина Rn при
снижении относительного числа замкнутых
витков резко сказывается на ограничении тока
повреждения.
Характер изменения ток< повреждения в за-
висимости от относительного числа замкнутых
витков при учете Rn можно представить [Л.
кривыми фиг. VIII, 15.
О 10 20 30 4/0 50 60 70 80 М Шя**
Фиг. VIII, 15. Зависимость тока однофазного повреждения
от доли замкнувшихся витков при учете переходного
сопротивления Rn.
Чем большее значение имеет Rn по отно-
шению к импедансу обмотки, тем более резко
проявляется и его ограничивающее ток дейст-
вие (расчетная / и опытные кривые 2, 3 и 4
для различных Rn на фиг. VIII, 15).
Приведенный способ расчета позволяет определять
токи внутренних повреждений при учете взаимоиндукции
отдельных частей обмотки статора, а также и в общем
случае при работе поврежденного генератора на нагру-
женную систему параллельно с другими генераторами.
Он применим как для генераторов с одной, так и для
генераторов с двумя параллельными ветвями на фазу.
Применение метода ограничено тем, что при пользо-
вании им для каждого генератора должны быть известны
величины собственного реактанса Хс и Rn. Значение Х€
можно учитывать лишь грубо приближенно, а характер
изменения и значения Rn пока совершенно не выяснены.
Тем не менее приведенный способ позволяет устано-
вить'характер токораспределений при внутренних по-
вреждениях и значительно облегчает выбор и анализ
действия защит.
8. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ
ЗАЩИТА
Для защиты генераторов от внутренних
многофазных замыканий служит трехфазная
продольная диференциальная защита. Осуще-
ствляется она на основе использования схем,
с циркулирующими токами (гл. V, § 1). На
фиг. VIII, 16 приведена схема защиты с макси-
мальными токовыми реле мгновенного дейст-
вия, например, типа ЭТ-ХЭМЗ.
При нормальном режиме работы генерато-
ра и сквозных коротких замыканиях первичные
Фиг. VIII, 16. Принципиальная схема диференциальной то-
ковой защиты генератора.
токи в начале и в конце обмотки каждой
фазы одинаковы. Если геометрическая разность
вторичных токов трансформаторов тока каж-
дой фазы равна нулю, то и ток в реле
ip=*h — гц=0. (VIII,26)
В действительности, несмотря на полную
однотипность трансформаторов тока, устра-
нить разность между вторичными токами не-
возможно и, следовательно, через реле может
протекать некоторый iHc. В гл. V, § 2 было
установлено, что
Ьнб = 1нам II — 1>нам I, (VIII,27)
где £лг«*1И гНам\\ — токи намагничивания транс-
форматоров тс^ка.
При тщательном подборе трансформаторов
тока и правильном выполнении схемы iH6 для
нормального режима работы генератора незначи-
тельны, но при сквозных коротких замыканиях
величина гНб может резко возрасти. Объясняется
это тем, что для диференциальной защиты гене-
раторов, как защиты быстродействующей, не-
обходимо учитывать влияние начальных значе-
ний токов короткого замыкания с их апериоди-
ческой слагающей (см. гл. II, § 11).
ip.m мгновенных максимальных токовых релег
установленных в диференциальной защите, в
целях обеспечения селективной работы защи-
ты при внешних повреждениях должен выби-
раться больше 1нбтах-
Чтобы снизить величину iH& применяют сле-
дующие мероприятия:
1) трансформаторы тока подбирают попарно
на заводе-изготовителе и поставляют комплект-
но;
Н противо-
пожарному,
устройству
Фиг. VIII, 17. Полная схема диференциальной токовой
защиты генератора.
2) сопротивления обоих плеч защиты, т. е.
нагрузки, приходящиеся на трансформаторы
тока, должны быть незначительными по вели-
чине и равными друг другу. Выравнивание
плеч может быть осуществлено путем вклю-
чения в плечи с меньшим сопротивлением до-
полнительных , регулируемых активных сопро-
тивлений 2, как это указано на фиг. VIII, 17;
3) в цепь реле последовательно с токовой
обмоткой включают дополнительное сопротив-
ление 3.
Дополнительное сопротивление в цепи ре-
ле может быть активным и реактивным. Ре-
активное сопротивление (без железа) дает
больший сглаживающий токи эффект, так как
в большей мере ограничивает в реле высшие
гармоники токов, весьма заметные в намагни-
чивающем токе, а следовательно, и в гНб.
265
При чрезмерной величине дополнительного
сопротивления в цепи реле чувствитель-
ность защиты при внутренних повреждениях
жожет за счет отсоса части вторичного тока
трансформаторов тока значительно снизиться.
По некоторым опытным данным наиболее вы-
годными являются активные сопротивления
от 5 до 20 Q (при реле с малым сопротивлением
обмоток).
Проверенного аналитического способа для
определения iH6 при неустановившемся режиме
в настоящее время не существует. Опытный
же способ определения гНб затруднителен и
опасен для генератора. Значение ip.m реле уста-
навливается поэтому на основе эксплоатацион-
зюго опыта; трансформаторы тока проверяются
при этом согласно 10°/0 кривым погрешностей
(см. гл. II, § 12).
Для максимальных токовых реле (в зависи-
мости от качества трансформаторов тока)
ip.m = 20 -:~ 4С°/0 iH0M или, полагая iH0M = 5 A, ip.m =
= 2-:-2 А.
Диференциальная защита от междуфазных
замыканий выполняется как защита мгновенного
действия и выдержки времени не имеет.
При замыкании на зажимах генератора, да-
же при работе Только одного генератора, т. е.
когда ток внешних трансформаторов тока ра-
вен нулю, в реле протекают токи, значительно
большие ip.m* Только в случае междуфазного за-
мыкания через Rn вблизи нулевой точки ^, учи-
тывая фиг. VIII,! 4, может оказаться меньше, чем
ip.m, т. е. защита может иметь некоторую мерт-
вую зону. При металлическом коротком за-
мыкании диференциальная защита мертвой зо-
ны не имеет.
При однофазных замыканиях на землю рас-
смотренная продольная диференциальная токо-
вая защита в большинстве случаев при допу-
скаемых токах замыкания на землю (см. гл. VIII,
§ 12) для генераторов значительной мощности
не действует вовсе или действует неудовлетво-
рительно, обеспечивая недостаточный процент
защищенных витков.
При витковых замыканиях защита работать
не будет, так как соотношение токов в начале
и в конце фазы при этом не нарушается (см.
ниже).
Диференциальная защита, как защита от
многофазных повреждений, получила широкое
распространение и рекомендуется для высоко-
вольтных генераторов, начиная с мощности
1 MW.
При действии защита через промежуточное
реле отключает главный выключатель (и нуле-
вой, если он имеется), приводит в действие авто-
мат гашения поля и противопожарное автомати-
ческое устройство (если оно установлено).
К недостаткам защиты относится возмож-
ность неправильного действия при повреждении
266
в вспомогательных проводах вторичной цепи.
При обрыве цепи вторичной обмотки верхнего
или нижнего трансформатора тока при доста-
точной нагрузке генератора через реле пройдет
ток, больший ip% m, и защита неселективно отклю-
чит генератор. Можно было бы этогоАизбежать,
выбирая ip. m больше рабочего тока генератора.
Но это не рекомендуется вследствие чрезмер-
ного загрубления защиты. Поэтому вероятность
неселективного действия защиты при обрыве
вторичной цепи должна исключаться не путем
повышения величины ip,m, а тщательным выпол-
нением монтажных работ.
Фиг. VIII.18. Принципиальная схема диференциальной то-
ковой защиты генератора со статорнэй обмоткой, соеди-
ненной в треугольник (полная схема обычно содержит
добавочные сопротивления в соответствии с фиг. VIII, 17).
Для генераторов средней мощности, при-
мерно 1—6 MW следует, выяснять возмож-
ность замены диференциальной защиты на то-
ковую отсечку, устанавливаемую на выводах
генератора к шинам и действующую от тока,
посылаемого системой; однако такая замена
в большинстве случаев оказывается нецелесооб-
разной.
Схема диференциальной защиты генераторов, обмотки
статора которых соединены в треугольник, приведена на
фиг. VIII, 18. Все сказанное о диференциальной защите
генераторов, обмотки которых соединены в звезду, в ос-
новном относился также и к этой схеме.
Через первичные обмотки внешних трансформаторов
тока защиты проходят линейные, т. е. в -/" 3 раз боль-
шие токи по сравнению с первичными токами трансфор-
маторов, установленных в фазах обмотки. пт трансфор-
маторов тока выбираются обычно одинаковыми. Поэтому,
чтобы уравновесить вторичные токи, применяют для
группы внутренних (нижних) трансформаторов тока схему
соединения вторичных обмоток в треугольник. Чтобы не
получилось сдвига фаз между вторичными токами верхних
и нижних трансформаторов тока диференциальной защиты,
соединение вторичных обмоток нижних трансформаторов
з треугольник выполняют по схеме, соответствующей
треугольнику фаз генератора.
Возможно и обратное соединение трансформаторов
тока—внешних в треугольник, а внутренних, имеющих в
три раза меньший коэфициент трансформации, в звезду.
Выполненная таким образом схема имеет то преимущес-
тво, что реагирует на замыкания между витками одной
фазы.
а повышение чувствительности продольной
ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ
Использование реле с тормозными обмот-
ками. Для повышения чувствительности дифе-
ренциальных защит в схемах применяют вместо
простых реле — максимальные токовые реле с
тормозными обмотками (см. гл. V, § 8).
Защита для генератора, обмотки которого
соединены в звезду, выполняется при этом в
соответствии со схемой фиг. VIII, 19.
Минимальное значение ip.mip) диференциаль-
ного реле с тормозными обмотками американ-
скими фирмами принимается равным 2~:-5% от
itt0M или. принимая вторичный номинальный ток
генератора равным 5 A, iP.m(0) = 0,1 -:- 0,25 А;
тормозное действие~10%.
Диференциальные защиты при помощи реле
с тормозными обмотками особо желательны для
гидрогенераторов, где число витков в обмотке
фазы больше и где для снижения относитель-
ного числа незащищенных витков (при замыка-
ниях через Rn) повышение чувствительности
защиты имеет более существенное зна-
чение.
Большое значение имеют защиты с тормоз-
ными реле и в генераторах, обмотки которых
соединены в треугольник, где за счет различ-
ных токов в трансформаторах iH6 могут иметь
повышенное значение.
Диференциальная ток<^вая защита генерато-
ров, выполненная по фиг. VIII, 19, наиболее
правильно и полноценно разрешает вопрос о
чувствительности и селективности защиты.
Широкого распространения, однако, такие за-
щиты в СССР до сих пор не получили вследст-
вие того, что наши заводы не выпускали реле
необходимого типа, а существующие защиты
давали достаточно удовлетворительное реше-
ние вопроса.
Другие варианты диференциальной защиты гене-
раторов. Д 1я защиты обмоток статора генераторов от
междуфазных замыканий могут быть практически исполь-
зованы и другие схемы.
Фирма AS EA применяет схему продольной диферен-
циальной токовой защиты генераторов, в которой исполь-
зуются трансформаторы тока с двумя вторичными обмот-
ками (фиг. VIII, 20). Одна пара вторичных обмоток
трансформаторов тока соединена последовательно друг с
другом. Вторая пара обмоток* соединена по схеме на рав-
новесие напряжений и служит для целей питания реле.
Ампервитки, создаваемые вторичными обмотками, вклю-
ченными по схеме циркуляции токов, уравновешивают
ампервитки первичных обмоток трансформаторов. Работа
другой пары вторичных обмоток в схеме на равновесие
напряжений при таких условиях не встречает затруднений.
Максимальные токовые реле в такой схеме защиты
практически могут быть отрегулированы на отно-
сительно меньший ip m, так как на него не влияет нера-
венство сопротивлений плеч, как в простой диференци-
* А.ГЛ
Фиг. VIII, 19, Схема диференциальной токовой защиты
генератора с применением реле с тормозными обмотками.
альной токовой защите. Выполненная таким образом защи-
та будет более чувствительной по сравнению со схемой
с циркулирующими токами и для генераторов небольшой
мощности может служить защитой от замыкания на зем-
лю в одной фазе.
При обрыве в цепи реле неправильного действия не
произойдет. При обрыве в токовой цепи не исключена
возможность резкого возрастания 1нб, а в связи с этим
и опасность неселективного действия защиты.
Широкого распространения эта защита пока не по-
лучила. Необходимо также отметить, что поставляющая ее
фирма в последнее время начала также сочетать ее с
реле с тормозными обмотками.
Вариантом диференциальной защиты можно считать
схему с суммированием первичных токов, т. е. с приме-
нением на каждую фазу только одного трансформатора
тока типа Ферранти (фиг. VIII, 21).
Первичная обмотка трансформатора тока образована
входными и выходными концами кабеля генератора, ко-
торые включаются в таком направлении, чтобы ири нор-
мальном режиме результирующий поток был равен нулю.
Чувствительность такой защиты может быть весьма вы-
267
сокой. Для устранения 1нб при внешнем повреждении не-
обходимо опеспечить полную симметрию первичных про-
водов по отношению к магнитной цепи, чтобы полностью
уничтожить в ней магнитный поток.
Значительным затруднением в данном случае является
конструктивное выполнение таких трансформаторов для
мощных генераторов высокого напряжения.
Преимущества и возможные области применения по-
следних вариантов защиты подлежат дальнейшему уточ-
нению.
При изменении величины Rn отоодо 0 коэфициент Ь
изменяется в пределах от 0 до 1, а /за от нуля До/затах=
Длительный ток замыкания на корпус пред-
ставляет некоторую опасность уже при значе-
нии 4 — 5 А. Поддерживая вольтову дугу на
корпус, этот ток при достаточной величине
\л
\гГ
pty\tytfb-
Фиг. VIII, 20. Принципи-
альное выполнение ди-
ференциальной защиты
типа ASEA.
Фиг. VIII, 21. Диференци-
альная защита с приме-
нением трансформаторов
тока типа Ферранти.
10. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАМЫКАНИЯ ОДНОЙ
ФАЗЫ ОБМОТКИ СТАТОРА НА ЗЕМЛЮ
Замыкание обмотки статора на корпус,
равносильное замыканию на землю (^так как
корпус заземлен), является относительно частым
видом повреждений генераторов. В тех случаях,
когда система генераторного напряжения имеет
изолированную нулевую точку, через место
повреждения протекает ток, обусловленный
емкостью фаз по отношению к земле. При метал-
лическом замыкании фазы А на зажимах гене-
ратора фиг. VIII, 22) ток повреждения имеет
максимальное значение, a UA=0.
Нулевая точка генератора имеет при этом
по отношению к земле напряжение — иф> а
напряжения неповрежденных фаз
ив^ис = VI U0. (VIII,28)
Через место повреждения протекает (гл.1, §6)
ток:
1зтах=г<»Сиф. (VIII,29)
При рассмотрении замыканий в генераторах, рабо-
тающих на холостом у оду, фазные э. д. с. принимаются
равными соответствующим фазным напряжениям Цф%
При внутреннем замыкании в точке Ь (фиг. VIII,23)
на расстоянии а витков от нулевой точки напряжение
поврежденной фазы по отношению к земле
иА = {1-а)иАф. (vin.ao)
Iз* определяется следующим выражением:
При замыкании
(см. гл.1, §33)
, = jZvCaU Аф.
на землю через R
(фиг.
где Ь = ~ Г+3/#л-<оС
замыкания на землю (см. 1,42).
268
1за=;'з»сьаиАфу
— коэфициент полноты
Фиг. VIII, 22* Однофазное замыкание на землю статорной
обмотки генератора^в системе с изолированной нулевой
точкой.
.Фиг. VIII,23. Однофазное замыкание на землю на расстоя-
нии а витков от нулевой точки генератора в системе
с изолированной нулевой точкой.
(VIII,31)
VIII,24)
(VIII,32)
Фиг. VIII, 24. Однофазное замыкание на землю через пере-
ходное сопротивление /?„,
способен причинить стали статора такие раз-
рушения, которые потребуют перешихтовки
(переборки) листов, а следовательно, tf больших
материальных затрат, вызванных ремонтом ге-
нератора и убытками от его простоя.
При однофазном замыкании вследствие по-
вышения напряжения на неповрежденных фазах
могут возникнуть значительные перенапряже-
ния в системе, обусловленные характером горе-
ния перемежающейся дуги. Пробой изоляции
другой фазы приводит к двойному замыканию на
землю. Через место повреждения (сталь статора)
при этом проходит ток междуфазного корот-
кого замыкания.
Поэтому защита высоковольтных генера-
торов от замыкания на землю имеет важное
значение.
В настоящее время ее обычно устанавливают
на всех генераторах мошчостью 6 MW и выше,
а также на высоковолы шх генераторах мень-
шей мощности, если тс.< замыкания на землю
в системе превышает ~ 10 А.
Использовать для целей защиты генератора
емкостный ток системы генераторного напря-
жения, как и для защиты сетей, не рекоменду-
ется (см. гл.1, §6, гл. VII, §5). Поэтому при
осуществлении защит идут на создание искус-
ственных активных токов небольшой величины.
11 ЗАЗЕМЛЕНИЕ НУЛЕВЫХ ТОЧЕК СИСТЕМЫ ГЕНЕ-
РАТОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Для действия защит от однофазных замы-
каний на землю используется, как правило,
искусственный ток замыкания на землю, который
создается заземлением нулевых точек генера-
торов или сети генераторного напряжения
через активные сопротивления. Заземление
нулевых точек необходимо выполнять так,
чтобы ток замыкания на землю обеспечивал
надежное действие защиты. С другой стороны,
ток замыкания на землю не должен превосхо-
дить предельных значений "с точки зрения
его разрушающих действий на сталь статора,
а также по возможности и с точки зрения
предотвращения переходов однофазных замы-
каний на землю в сети в многофазные.
Заземляющее устройство выполняется так,
чтобы по возможности устранить опасность от
чрезмерных перенапряжений, обусловленных
и перемежающейся вольтовой дугой (при от-
сутствии катушек Петерсена) и атмосферными
явлениями (при наличии воздушных линий в
сети генераторного напряжения).
Возникающая при замыкании на корпус дуга
производит тем большее повреждение стали
статора, чем больший тбк проходит через место
повреждения и чем продолжительнее горение
дуги.
Предельная величина тока замыкания на
землю с точки зрения повреждения стали
статора не является строго определенной.
В СССР обычно принято за допустимые токи
замыкания на землю считать такие токи, при
которых устранение повреждений стали статора
возможно без его перешихтовки.
По данным завода „Электросила" диаметр
поврежденной зоны, при котором повреждение
может быть устранено без перешихтовки,
составляет примерно 10 mm.
На основании экспериментальных работ [Л. 6]
допускаемая величина тока замыкания на землю
определяется по эмпирической формуле:
/ - —
*3 — ,^П 9
(VIII, 33)
где с и п — коэфициенты, зависящие от сорта
изоляции;
£—длительность тока.
Для изоляций типа А союзных заводов
(микафолий на асфальтовом лаке) п = 0,5;
с =126, для изоляции типа Ш (микафолий на
шеллаке) п = 0,3; с = 69. Эти коэфициенты
300
280
260
гм
220
гоо\
щ
юо\
120
(00
so
ео\
щ
20
о
Фиг. VIII, 25. Зависимость допустимого тока замыкания
на землю от времени.
можно применять только для токов до 300 А
и t до 4 сек.
Завод „Электросила** рекомендовал не пре-
восходить токов, определяемых по (VIII, 33),
но с коэфициентами с = 91 и п = 0,4 незави-
симо от типа изоляции. Зависимость /3 =/ (t),
построенная по данным завода „Электросила",
изображена на фиг. VIII, 25 кривой В, а по
данным лаборатории им. проф. Смурова — кри-
выми А и С.
Для генераторов напряжением 10,5 kV и
мощностью 25 — 50 MW „Руководящие указания
по релейной защите" 1939 г. рекомендовали
пользоваться кривой А (фиг. VIII, 25), а для
генераторов того же напряжения, но меньшей
мощности и генераторов любой мощности с
меньшим напряжением —кривой В.
269
i
Lt
11
р
i
i\
! \
\
\
^
\
N?
N
в
£
W
Ч
;
f
'
i—■
\
^т*
i
1
1
i
2
^=s
.—JL_
t~—.
1 J 1
! i !
i
I
I
|—j---' 1—
l
j I
з •
1 !.
_ui □
! \
i l
1 '
1 t (
1 j
. i
1 *i
i , !
i
\
r !
1
1 t
1 V
i ]
i
"-'" ^1_ 7 1
4
\
'ш
<
Более поздние экспериментальные работы [Л. 7]
уточняют вопрос о максимально допустимых токах за-
мыкания на землю.
При величине тока замыкания на землю от 4 до 20 А
повреждения в оали статора невелики, даже если ток
длится 10 — 20 мин.
Малый ток замыкания на землю, не причиняя в дан-
ном случае существенных повреждений стали статора,
при длительном существовании вызывает нагревание изо-
ляции вокруг места пробоя. Вследствие этого возникает
возможность пробоя в другой точке и перехода пезна-
Согласно Р. У. Ъо релейной защите 1938 г.
[Л. 9] £/d=500V.
Приведенные значения допустимого напря-
жения (напряжение на границе мертвой зоны)
значительно отличны друг от друга и требуют
уточнения.
Расхождения в значениях допустимого напряжения в
значительной мере объясняются тем, что напряжение
возникновения дуги для машины зависит от вида изоля-
_ ТГТТТ ««? т-т
Фиг. VIII, 26. Повреждения стали генераторов при
/з= 50 А и / = 2,0 сек. по данным лаборатории им. Сму-
рова (натуральная величина).
чительного повреждения в более опасный вид замыкания.
Следовательно, и при небольших токах замыкания на
землю целесообразно возможно более быстрое отключе-
ние генератора, если это может быть осуществлено просты-
ми средствами и допустимо по условиям работы системы.
На фиг. VIII.26 и VIII,27 приведены фотографии по-
вреждений стали (натуральная величина) при различных
величинах тока и различной длительности действия
дуги [Л. 7].
Размер повреждения стали при резком увеличении
тока возрастает относительно незначительно.
При длительности тока 0,4 сек. объем разрушения
не превосходит ~ 1 cm3, если величина тока не превос-
ходит 400 А.
При увеличении тока до 600 А и более кратер в
стали на много не увеличивается, но сильно разбрызги-
вается расплавленный металл, что может повредить изо-
ляцию и вызвать дополнительные замыкания.
Как показывают приведенные опытные данные, есть
основания даже увеличить принятые максимальные зна-
чения токов замыкания на землю. Меобходимо, однако,
иметь в виду, что при действии защиты от замыканий
на землю в кабельной сети генераторного напряжения на
сигнал или вообще при отсутствии такой защиты для
предотвращения пережога кабелей и перехода поврежде-
ний в многофазные длительно существующий 1з max не
должен, как уже указывалось, превосходить ~ 50 А.
Минимальный ток замыкания на землю, необ-
ходимый для действия защиты, обычно опре-
деляется из условия допустимого числа неза-
щищенных витков обмотки статора. Предельно-
допустимой долей незащищенных витков ах
считается такое, которому соответствует мак-
симальное напряжение (фазы статора) по отно-
шению к земле аиф, недостаточное еще для
поддержания дуги в месте повреждения
J/j^W (VIII, 34)
Vt ■
где Ud — минимальное напряжение возникнове-
ния дуги.
По некоторым немецким данным [Л. 8] Uo
принимают равным 1 000 V.
270
Фиг. VIII,27. Повреждение стали генератора при /3=1 200 А
и /=1,6 сек. по данным лаборатории им^Смургва (нату-
ральная величина).
ции, величины тока и угла сдвига фаз между напряже-
нием и током.
По опытным данным [Л. 7] для изоляции из микяфолия
на шеллачном лаке напряжение возникновения дуги при
активном токе повреждения от 40 до 100 А постоянно и
равно ~ 850 V. Изоляция на шеллаке широко испо-изует-
ся в машинах немецких фирм, повидимому, г. соответст-
вии с чем ими и принимается напряжение возникниз^кгя
дуги равным — 1 000 V.
Современные машины союзных заводов" на напряже-
ние 6,3 и 10,5 kV выполняются с изоляцией из мичалеиты
на асфальтовом лаке.
Опытные значения напряжения возникновения дуги'
при такой изоляции и при тех же условиях испытания,
что и в предыдущем случае, получились даже значительно»
ниже 500 V (120 — 130 V). Объясняется это те\% чю ас-
фальтовые лаки при значительном нагревании изоляций
выделяют большое количество горючих газов, аьливно
поддерживающих дугу.
Максимально допустимый процент незащи-
щенных витков при различных допустимых
напряжениях будет различным. . >
Для генераторов с номинальным линейным
напряжением 6 300 V, например, при Ud~ 1 000 V,
с учетом возможности повышения напряжения
статора на 5°/0 формула (VIII, 34) дает
1000-100 ог0,
а. = -^7- ^ 25°V
6 300
/8
1,05
Для генераторов с линейным напряжением
10,5 kV значение предельно-допустимого про-
цента незащищенных витков будет соответст-
венно равно 16.
Исходя из опытных данных, показывающих,
что дуги могут иногда поддерживаться напряже-
ниями, значительно меньшими 50 V, следовало
бы осуществлять схемы, обеспечивающие защи-
ту практически всех 100°/0 витков статорной об-
мотки. Принимая во внимание малую вероятность
опасных замыканий у нулевой точки генератора,
а также стремление иметь в системе меньшие
токи замыкания на землю и более простую за-
щиту, часто допускают, однако [Л. 10], 0^=30%.
12. СПОСОБЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НУЛЕВЫХ ТОЧЕК
Заземление нулевой точки каждого гене-
ратора. Заземление нулевой точки системы
генераторного напряжения возможно осущест-
вить или заземлением4нулевых точек генера-
торов или заземлением искусственно создан-
ных нулевых точек системы. ,
В первом случае все параллельно работаю-
щие генераторы (фиг. VIII, 28) заземляются через
#i > #ш ^пг Если считать> чт0 ПРИ нормальном
режиме работы генератора емкости фаз систе-
мы генераторного напряжения симметричны по
щего сопротивления, и при вычислении токов
замыкания на землю им пренебречь, то
*31 ~ TtT'
(VIII, 36)
'* = Рф~{\~*)иф =*4Ф-> №87>
'зИ
'зИГ
Ф
О ~«)УФ __«иФ.
(VIII, 38>
чи
чи
при /?j = Яп» /?ш— слагающие токов повреж-
дения, посылаемых всеми генераторами к ме-
сту повреждения, одинаковы.
Достоинством схемы является ее простота ;
и надежное создание тока замыкания незави-
симо от возможных изменений в эксплоата-
ционном режиме работы генератора. Недо-
Нйй
1 ЩЯЖ
4,
У
— J
Фиг. VIII, 28. Создание тока замыкания на землю
посредством раздельного заземления нулевых точек
генераторов.
отношению к земле, а э. д. с. не содержит выс-
ших гармоник, через заземляющие сопротив-
ления тока не будет. <
При однофазном замыкании обмотки гене-
ратора на землю, например, в точке в 'генера-
тора / (фиг. VIII, 28), удаленной от нулевой
точки на расстояние доли а всех витков, через
место повреждения пройдет 13 Пренебрегая
емкостью системы
he hi + hll -f- hllh
(VIII, 35)
Если учесть, что импеданс обмотки стато-
ра мал по сравнению с величиной заземляю-
Фиг. VIII.29.'Варианты выполнения заземляющих устройств.
статком схемы является то, что ток замыканиг
на землю зависит от числа работающих гене-
раторов.
Так как защиту выбирают по наихудшему
случаю—длительной работе минимального числа,
генераторов, то при всех работающих генера-
торах ток замыкания на землю может оказать-
ся значительно выше допустимой величины. Ва
избежание этого при параллельной работе
большого числа генераторов часть из них раз-
земляют; это, однако, может повести к новой
опасности—оставлению генератора без защиты
при последующих коммутационных переключе-
ниях. -
Чтобы сохранить величины тока замыкания на землк>
в допустимых пределах и одновременно обеспечить тре-
буемое число защищенных витков, иногда применяют
$ специальные заземляющие устройства.
Зависимость тока замыкания на землю от числа зам-
кнутых витков./5 = /(а) при нормальном способе зазем-
ления нулевой точки генератора приведена на фиг.
VIII, 29а.
Е£ли для действия защиты необходим ток Гз , то в-
этом случае может быть защищено только 100 — ах
витков обмотки генератора. Чтобы защитить большую
27S
долю витков, необходимо повысить значения h нри за-
мыканиях доли витков а, близкой к ах , но в то же время
при замыкании с долей витков а = остах =1 сохранить
Аз max в допустимых пределах.
На фиг. VIII, 29 б, в и г приведены заземляющие
устройства, удовлетворяющие таким требованиям.^
При нормальном режиме работы генератора (фиг.
VIII, 29 б) сопротивления / и // полностью введены. При
замыкании на землю в пределах 1 — а витков 13 имеет
^величину, достаточную для действия защиты. При по-
вреждении в пределах а — ах витков при полном зазем-
ляющем сопротивлении 13 может оказаться недостаточ-
ным для действия защиты. В этом случае секция / шун-
.тируется специальным автоматом. При замыкании с до-
лей витков <<xt в целях обеспечения необходимого про-
щента защищенных витков шунтируется и секция II со-
противления.
На фиг. VIII, 29 в заземляющее сопротивление вы-
полнено с помощью железных ламп, имеющих слабо за-
висимую от напряжения характеристику h .
На фиг. VIII, 29 г заземляющее устройство выполнено
с угольным сопротивлением. При замыкании на землю с
Одним из существенных недостатков являет-
ся то, что через нулевую шину, а следова-
тельно, и обмотки статора могут протекать
значительные уравнительные токи третьей гар-
моники (обусловленные неполной синусоидаль-
ностью формы кривых э. д. с), вызывая из-
лишний нагрев.
Вторым недостатком является то, что сама
заземляющая шина может явиться местом за-
мыкания на землю, которое к тому же трудно
обнаружить. При замыкании на землю обмотки
генератора через заземленную шину и1 обмотку
может проходить ток, ограниченный только
импедансом замкнутой ветви обмотки, и сле-
довательно, способный привести к тяжелому
повреждению генератора.
Заземление искусственно созданных нуле-
вые точек системы. Искусственная нулевая точ-
Ф Ф
.Фнг.\Д11,31. Заземление искусственно созданной нулевой точки системы.
Фиг. VIII,30. Заземление
нулевых точек генера-
торов через абщее со-
противление.
а^>аг приводится в действие автоматическое нажимное
приспособление. Действия пружины и электромагнита об-
ратно направлены. При меньшем числе замкнутых витков
результирующее нажатие больше. Сопротивление прак-
тически пропускает при любом напряжении один и тот
же ток.
Из приведенных схем в СССР пока имеет преиму-
щественное распространение только схема фиг, VIII,29 a.
Заземление через сопротивление, общее
для всех генераторов. Если нулевые точки всех
Генераторов соединить между собой шиной,
которую заземлить согласно фиг. VIII, 30 через
общее сопротивление, то h в этом случае не
будет зависеть от числа работающих генерато-
ров.
Однако эта схема заземления распростра-
нения не получила и не рекомендуется по ряду
присущих ей недостатков.
272
ка создается посредством заземляющих транс-
форматоров, устанавливаемых обычно по од-
ному на каждую систему или секцию шин.
Нулевой вывод первичной обмотки такого транс-
форматора заземляется через активное со-
противление. В качестве заземляющего транс-
форматора может служить или обычный сило-
вой трансформатор с соединением обмоток
звезда-треугольник или специальный дроссель.
При нормальной работе через заземляющее
сопротивление ток не протекает. При замы-
кании фазы генератора на землю в точке в
(фиг. VIII, 31) через место повреждения и зазем-
ляющее сопротивление трансформатора прой-
дет /3, пропорциональный числу замкнутых вит-
ков обмотки статора а.
В этой схеме 13 не зависит от числа рабо-
тающих генераторов и может при питании от
системы существовать даже при всех отключен-
ных генераторах, совершенно не вызывая необ-
ходимости в заземлении генераторных нулевых
выводов.
Тот же результат получается при некотором видоиз-
менении схемы заземления, как это указано на фиг. VIII,31
пунктиром. В данном случае заземление искусственно соз-
данной нулевой точки системы осуществляется также по-
средством трансформатора, первичная обмотка которого
соединена в звезду с заземленной наглухо нулевой точкой.
Вторичная обмотка соединена в открытый треугольник и
замкнута на некоторое добавочное сопротивление R.
Необходимо отметить, что магнитопровод трансформатора
должен в этом случае выполняться с дополнительными
стержнями (Л. 9).
Схема имеет следующие недостатки. При
жестком присоединении заземляющего транс-
форматора к шинам повреждение в нем рав-
носильно повреждению на шинах станции, В
тех случаях, когда на станции имеется не-
сколько секций генераторного напряжения, тре-
буется установить заземляющее устройство на
каждой секции, что усложняет и удорожает
схему. Генератор до присоединения его к шинам
требует дополнительной защиты от замыканий
на землю.
Поэтому заземление нулевой точки системы
генераторного напряжения выполняют с зазем-
ляющим трансформатором только при генера-
торах, имеющих соединение статорных обмоток
в треугольник, или когда большое их число
присоединено к несекционированным машинам,
или, наконец, в тех случаях, когда ток замыка-
ния на землю должен для защиты сети созда-
ваться также при всех отключенных генера-
торах (в случае работы данной установки пони-
жающей подстанцией).
В отдельных случаях при использовании
первого способа заземлеция нулевых точек для
поддержания достаточной величины 13 при ма-
лом числе работающих генераторов применяют
комбинированную схему с заземлением генера-
торов и заземляющего трансформатора, в каче-
стве которого используется трансформатор
собственных нужд. При чрезмерном увеличе-
нии 13 часть заземленных нулевых точек раззем-
ляют.
13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
КАК ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА
ЗЕМЛЮ
При рассмотрении защиты от междуфазных
повреждений в генераторах было выяснено, что
достатцчно совершенной защитой в этом случае
является продольная диференциальная токовая
защита. Возникает вопрос: нельзя ли эту защиту
использовать одновременно и как защиту от
замыканий на землю?
При однофазном замыкании на землю дейст-
вие защиты зависит от величины /3, опреде-
ляемого характером заземления нулевой точки
системы генераторного напряжения. Если нуле-
вые точки системы не заземлены, то через ме-
сто повреждения в обмотке генератора проте-
кает только емкостный ток системы. Во вторич-
18 Релейная защите
ной цепи трансформаторов тока будет при этом
настолько незначительный ток, что защита или
совершенно не подействует или обусловит не-
допустимую величину мертвой зоны. Учитывая
это и ряд других причин (гл. II, §6, гл. VII, §5),
использование емкостного тока для целей за-
щиты не рекомендуется.
Если генератор заземлить через активное
сопротивление /?, то при относительном числе
замкнутых витков а через место повреждения
(фиг. VIII, 32), пренебрегая величиной сопротив-
ления обмотки генератора, получим ток
_.*<&.
/fl=a
(VIII, 39)
Через реле поврежденной фазы А при этом
без учета iH6 проходит ток (если генератор ра-
ботает на шины один)
(VIII,40)
(VI11,41)
то
IpA-
Фиг. VIII, 32. Действие
диференциальной токо-
вой защиты генератора
при замыканиях на землю.
_&_-„Л
nmR
(VIII, 42)
Диференциальная токовая защита подейст-
вует при замыканиях на землю только в том
случае, если через токовое реле поврежденной
фазы проходит
ipA>h.m. (VIII,43)
Процент незащищенных витков ах опреде-
лится из (VIII, 42) и (VIII, 43):
а„% «
1рщт*Пт
лз max
100.
(VIII,44)
ip.a максимальных токовых реле в диференци-
альной защите* обычно выбирается в пределах
0,2-^0,4 гном- Следовательно,
/
<хг «(0,2-М),4)^. 100.
*я мят
(VIH.45)
273
При максимальном допустимом /8, опреде-
ляемом по (VIII, 33), применение диференци-
альной схемы также для защиты от замыканий
на землю с точки зрения допустимого зна-
чения мертвой зоны возможно только для генера-*
TOfjoB очень малой мощности, номинальный ток
которых близок к допустимому значению /, шах.
Для мощных генераторов, номинальный ток
которых значительно больше допустимого.
/5Шах, диференциальная токовая защита в рас-
смотренном выполнении не может служить
защитой от замыканий на землю.
Для повышения чувствитель-
ности диференциальных защит
к однофазным замыканиям на
землю необходимо выполнить их
нереагирующими на большие то-
ки небаланса /л£шахпри сквозных
коротких замыканиях. Это может
быть достигнуто посредством
автоматического вывода из дейст-
щие на выпрямленном токе, подаваемом через насыщаю-
щийся трансформатор. Защита с таким реле принципиально
должна иметь чувствительность большую, чем у защиты
с реле мощности (фиг. VHI,33j, и не меньшую чувствитель-
ности обычно применяемой в настоящее время защиты
максимальной мощности с компенсацией тока небаланса
(см. гл. IX, § 15). Поэтому она, как весьма простая, может
получить в дальнейшем достаточно широкое распростра-
нение.
В США практикуется заземление нулевых то-
чек в системе генераторного напряжения через
малоомные сопротивления, при которых 13 близок
к номинальному току генераторов. В таком слу-
чае диференциальная защита может служить и
защитой от замыканий на землю, обеспечивая
необходимый процент защищенных витков.
При заземлении через малоомные сопротивления.значи-
тельно упрощается защита генераторов. Возникновение
однофазных замыканий в системе с заземлением через
малоомные сопротивления сопровождается значительно
меньшими повышениями напряжений в здоровых фазах,
чем это может быть при замыканиях в системах, зазем-
ленных через высокоомное сопротивление. Это, несомнен-
но, способствует уменьшению вероятности двойных замы-
каний на землю.
Недостатками заземления через малоомные сопротив-
ления являются: опасность значительных разрушений ста-
ли статоров генераторов; большая вероятность перехода
однофазных замыканий на землю в сети в многофазные,
особенно при трехфазных кабелях нормальной конструк-
ции, до их отключения; удорожание заземляющих устройств
на подстанциях; нарушение электроснабжения по-
требителей при замыканиях на землю на шинах, которые
должны автоматически отключаться. Поэтому заземление
через малооомные сопротивления может оказаться целесо-
образным при схемах станций, обеспечивающих беспере-
бойность питания потребителей при отключении секций
шин (например, при схемах с двумя автоматическими
выключателями на элемент) и применении быстродейст-
вующих реле и выключателей, если другие недостатки
по тем или другим причинам оказываются несуществен-
ными.
Фиг. VIII.33. Диференциальная защита
мощности нулевой последовательности.
вия защит (например, снятием с них оперативного тока)
нри значительных сверхтоках посредством реле макси-
мального тока, включенных на линейные токи и имеющих
*р.т>/рД£шах. В этом случае защита уже не может быть
использована при междуфазных замыканиях в генераторе,
так как будет при этом также выводиться из действия.
Как защита только от однофазных замыканий на землю,
схема поэтому может быть выполнена посредством одного
реле, включенного в нулевой провод нормальной диферен-
циальной защиты или на разнссть токов нулевой после-
довательности, создаваемой фильтрами.
Практическая трудность осуществления такой схемы
заключалась в отсутствии-необходимых токовых реле
высокой чувствительности, имеющих небольшое сопро-
тивление обмотки и\ обусловливающие поэтому допустн-
мые отсосы (см. гл. II, § 19). Поэтому некоторыми фир-
мами использовались взамен токовых реле мощности 2,
включенные на фильтр мощности нулевой последователь-
ности (фиг. VIII, 33). Получающаяся Схема имеет свойства,
подобные защите максимальной мощности для линий
(гл. III, §27).
В последнее время предложены токовые реле высо-
кой чувствительности с малым сопротивлением, работаю-
14. ЗАЩИТА МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ТОКА
НЕБАЛАНСА
В тех случаях, когда чувствительность про-
дольной диференциальной защиты и токовой
защиты нулевой последовательности (см. гл. II,
§ 19) оказывается недостаточной, приходится
применять более сложные схемы защит макси-
мальной мощности нулевой последовательности
с компенсацией тока небаланса.
Принцип действия. Принципиальная схема
защиты приведена на фиг. VIII, 34. Схема выпол-
нена с реле максимальной мощности косинус-
ного типа 7. Токовая обмотка реле / присоеди-
нена диференциально к трансформатору то-
ка 2, установленному в цепи заземления нулевой
точки генератора, называемому нулевым, и
фильтру токов нулевой последовательности 3
(внешние трансформаторы тока). Обмотка на-
пряжения реле присоединена ко вторичной об-
мотке трансформатора напряжения 4, включен-
274
ного параллельно заземляющему сопротивлению.
Присоединение производится так, что РРу
обусловленная током нулевого трансформатора
тока, действует всегда только в сторону от-
ключения. Мощность, обусловленная током
внешних трансформаторов тока, при замыкании
на землю в защищаемой зоне действует в сто-
рону отключения (предполагая, что в системе
имеется еще одна или несколько заземленных
нулевых точек), при замыкании вне защищаемой
зоны в сторону торможения.
Вторичный ток нулевого трансформатора
тока, проходящий через реле
in =-тг- ' (VIII.46)
глепт.н — коэфициент трансформации нулевого
трансформотора тока.
Вторичное напряжение на нулевом трансфор-
маторе напряжения
U -1L.
f3R
где пн — коэфициент трансформации нулевого
трансформатора напряжения.
Как видно из схемы, ток, питающий токо-
вую обмотку реле:
ip = iH-iey (VIIL48)
где и — полный ток от внешних трансформа-
торов тока, проходящий через реле.
При нормальном режиме* t« = tM5, a j«^0.
Следовательно, через реле при формальном
режиме проходит ток ip=:iH6.
Практически iHe по фазе может быть сдви-
нет по отношению к iH на разные углы; поэтому
в последующих выводах всегда принимает-
ся во внимание его наименее выгодное по усло-
виям чувствительности или селективности за-
щиты направление.
Так как при нормальном режиме согласно
(VIII, 47) ир отсутствует (пренебрегая напря-
жением несимметрии), то
Рр = ир ip cos cp^ = 0.
(VIH,49)
Таким ,образом при нормальном режиме
защита сработать не может.
Из тех же соотношений следует, что за-
щита не должна действовать и при внешних
междуфазных замыканиях. Однако iH6 при этом
может резко возрасти от 10—15 тА при нор-
мальном режиме до 1 — 2 А при междуфазном
замыкании.
При внешних междуфазных замыканиях на
зажимах реле может появиться также значи-
тельная мощность, обусловленная напряжением
несимметрии, высшими гармониками э. д. с.
генератора и намагничивающего тока трансфор-
матора. Способы предотвращения ее воздейст-
вия на защиту указаны ниже,
16*
Однофазное замыкание на землю в защи-
щаемой зоне. При однофазном замыкании на
землю обмотки генератора, нулевая точка ко-
торого заземлена через высокоомное сопротив-
ление, фазные токи и линейные напряжения
остаются практически неизменными. Предпола-
гается, что система генераторного напряжения
имеет заземление только в единственной точке,
а именно в нулевой точке рассматриваемого
генератора.
В
с
(VIII,47) *
Фиг. VIII, 34. Прин-
ципиальная схема
защиты мощности
нулевой последо-
вательности с ком-
пенсацией тока
небаланса.
Так как сумма фазных токов нагрузки равна
нулю, то, пренебрегая, емкостным током сети,
le z==i 1нб»
Если металлическое замыкание на землю
произошло на расстоянии а витков от нулевой
точки обмотки генератора, то ток, протекаю-
щий через заземляющее сопротивление /?,
3 ~ 100 * ~R "~ 100'1з max'
(VIII, 50)
При выбранных положительных направле-
ниях ток 13 совпадает по фазе с напряжением
поврежденной фазы UA. Ток iH от трансфор-
матора тока, установленного в нулевом выводе
генератора, называемый далее просто нулевым
током, и вторичное напряжение нулевого транс-
форматора напряжения (нулевое напряжение)
иъир совпадает по фазе с током / (фиг. VIII, 35).
275
Мз соотношений (VIII, 46) и (VIII, 50)
1н =
а%
1/К'Н
= «% .^
100 "max*
Нулевое напряжение
а% м# а°/о
и^ир=Ш*И
где
WPmax "~ и
«0
Чтобы защита при внутреннем замыкании
на землю подействовала, i/ должен удовлет-
(VIII, 51) ворять условию чувствительности
1р — 1к — 1нб > 1р.т* (VIII, 56)
Пoлafaя Рр.т известной и от ир не завися-
щей, определим ip.m из соотношения
(VIII, 52)
иА
На основании (VIII, 52)
а % — —^— • ЮО. (VIII, 53)
lP max
(VIII, 54)
Фиг. VIII, 35. Векторная диаграмма для случая однофазного
замыкания на землю в генераторе при схеме фиг. VIII, 51.
Соотношения между отдельными величинами,
определяющими работу схемы, можно предста-
вить графически в прямоугольной системе Ьсей
координат (фиг. VIII, 36). По оси ординат от-
кладываются вторичные токи, а по оси абс-
цисс ир или а%.
Ток iH совпадает по фазе с ир (фиг. VIII, 35)
и поэтому полной своей величиной действует
на реле в сторону отключения. Он прямо про-
порционален ир и на фиг. VIII, 36 изобразится
в виде прямой /, выходящей из начала коор-
динат.
При замыкании в защищаемой зоне
1р = 1н — 1нб. (VIII, 55)
При этом 1нб выбирается по направлению
противоположным iHt что с точки зрения чув-
ствительности защиты является наименее бла-
гоприятным случаем.
Величина гНб определяется практически то-
ком нагрузки и, следовательно, не зависит
от ир и а. На фиг. VIII, 36 графически ток 1нб
может быть представлен двумя прямыми 2'
и 2", параллельными оси абсцисс, соответст-
вующими отрицательному и положительному
значениям iH6-
В соответствии с (VIII, 55) ip' изобразится
на фиг. VIII, 36 в виде прямой 3, параллельной
прямой /.
276 ;
1р*т —
гр.т
(VIII, 57)
Фиг. VIII, 36. Графическое соотношение величин для схе-
мы защиты по фиг. VIII, 34.
На фиг. VIII, 36 ip.m, определяемый выраже-
нием (VIII, 57), изобразится равнобокой гипербо-
лой (кривая 4).
Точка пересечения прямой 3 с кривой 4 со-
ответствует пределу чувствительности защиты;
при этом
1р = 1р.т = 1н — 1нб, (VIII, 58)
и ир^ирЛ. Если ир<^ирх, защита при замыка-
нии в защищаемой зоне не подействует. В таком
случае в соответствии с (VIII, 53) процент не-
защищенных витков ,
а,°/о=5
Р*
1Ртах
100.
(VIII, 59)
На фиг. VIII, 36 ах% определяется отрезком
оси абсцисс, отсекаемым перпендикуляром из
точки пересечения прямой 3 и кривой 4.
Если однофазное замыкание на землю про-
изойдет в обмотке генератора, работающего
на холостом ходу, то £«б = 0. Следовательно,
в соответствии с (VIII, 58)
*;=/„. (VIII, 60)
Графически этот ток на фиг. VIII, 36 пред-
ставлен прямой /.
Определяемый графически тем же способом,
что и выше, olJ меньше того, каким он был
при работе генератора под нагрузкой. Однако
это верно лишь в том случае, если коэфициент
отсоса принять равным нулю, т. е. предполагать,
что вторичный ток от трансформатора тока пол-
ностью проходит через обмотку реле. В дейст-
вительности коэфициенты отсоса при нагрузке
и при холостом ходе могут быть отличны от
нуля и между собой не одинаковы. Следует
иметь в виду, что практически Чнагр<\хаг* По-
этому если iH6 снижает чувствительность за-
щиты, то уменьшение отсоса при нагрузке
увеличивает чувствительность. Следовательно,
результат зависит от величины гнв и соотно-
шения 7[на?р и цхл. Назначение прямой 5 и вы-
ражение для тока ip дано ниже.
Согласно (VIII, Ь8) ток, необходимый для
действия реле на пределе чувствительности,
1на = 1р.тл+1нб- (VIII, 61)
При работе генератора под нагрузкой Z«maxt
при котором может быть обеспечена надлежа-
щая чувствительность защиты, определяется в
соответствии с (VIII, 54), (VIII, 57) и (VIII, 61):
; Рр.тиртах , 1нб11ртах АШ1 ~9v
Up* P*
Такой /«max обеспечивает надлежащую чув-
ствительность защиты при замыканиях на землю
в пределах защищаемой зоны.
Для рассмотренного случая замыкания на
землю в генераторе с заземлением только его
нулевой точки внешние трансформаторы тока,
соединенные в схему Гольмгрина, были не
нужны. Они только ухудшают чувствительность
защиты за счет iH6% а в общем случае еще и
за счет отсоса.
Трансформаторы .тока, соединенные в схему
Гольмгрина, необходимы для обеспечения се-
лективной работы при однофазных замыканиях
вне защищаемой зоны.
Однофазное замыкание на землю вне за-
щищаемой зоны. При, однофазном замыкании
на землю йвн^. защищаемой зоны (точка F
фиг. VIII, 34) /3 протекает по первичной об-
мотке нулевого и внешнего трансформаторов
тока поврежденной фазы, накладываясь в по-
следнем на ток нагрузки.
Так как сумма первичных токов на1рузки
всех трех фаз равна нулю, то i6 согласно (VIII,50)
и (VIII, 53) без учета отсосов и слагающей тока
небаланса, в него входящей, равен
г ^
<х%
Пт.в ЮО Л/и. в
и
"р шах
. (VIII, 63)
Согласно схеме присоединения i6 имеет об-
ратный знак по отношению к iH и из него вы-
читается. 1Нб в данном случае принимают на-
правленным в сторону, наименее выгодную уже
с точки зрения • селективности защиты, т. е.
действующим в сторону замыкания контактов
реле и, следовательно, имеющим тот же знак,
что и iH.
Таким образом п'ри внешнем замыкании на
землю на основании (VIII, 54), (VIIL55) и
(VIII, 59)
1р — 1н ~~г~ 1нб 1в — 1н таз
"Т" ^нб le m:x ~Г
р шах
р max
(VIII, 64)
Фиг. VIII, 37. Графическое соотношение величин для схемы
защиты по фиг. VIII, 34 при замыкании на землю вие*л
защищаемой зоны.
Чтобы защита не подействовала при замы-
кании вне защищаемой зоны, при всех значе-
ниях ир должно быть соблюдено условие селе-
ктивности:
ip = 1н + 1нб— is < ip.m. (VIII, 65)
Таким образом внешние трансформаторы
тока, создавая и необходимой величины, могут
обеспечить селективность защиты.
пт. в внешних трансформаторов тока необхо-
димо брать несколько меньшим, чем пт.н нуле-
вого трансформатора тока; тогда ie при соот-
ветствующих значениях ир сможет компенси-
ровать не только iH, но и iH6.
Графически iH, 1нб и ip.m представлены на
фиг. VIII, 37 соответственно в виде прямой 7,
прямой 2 и кривой 4. Как уже указывалось, U
при внешнем замыкании по отношению к iH
имеет обратный знак. Графически iB, как ток
тоже пропорциональный ир> показан на фиг.
277
VIII, 37 в виде прямой 5, выходящей из на-
чала координат, но расположенной в квадранте
отрицательрых значений токов.
Если обозначить U — iH через i
тор My
ТО
(VIII, 65) может быть представлено в виде
1р = 1нб — imopM^lp.m- (VIII, 66)
Графически 1тоРм, определяемый разностью
ординат прямых 7 и 3, представлен в виде пря-
мой 6. i'p представлен прямой 5, параллельной
прямой 6 и отстоящей от нее на значение ор-
динаты, равной 1Нб.
Прямая ip отсекает на оси абсцисс отрезок,
равный иркр> называемый критическим напря-
жением.
При ир^иркр Рр соответственно равна ну-
лю или действует в сторону торможения.
При напряжениях, меньших критического,
через токовую обмотку реле протекает iPt дей-
ствующий на реле в сторону замыкания кон-
тактов. Таким образом опасным с точки зрения
селективности является внешнее неполное за-
мыкание при Up<C,upKp. Это может быть при
замыкании в линии или на шинах через Rn или
при замыкании в обмотках питаемых транс-
форматоров и параллельно работающих машин.
Рассмотренная защита по существу ее соотноше-
ний получается такой же, как и защита макси хальной
мощности с' компенсацией iH0- (см. гл. III, § 2"/)#
Поэтому Для нее также справедливо выражение наи-
выгоднейшей мощности трогания (см. гл. III, § 27).
Pp.m = °>5'kH- 1нб^рл. (VIII, 67)
Выбирая в данной защите ie — iH ф О, можно за счет
компенсации 1нб понизить Ррл1Л реле мощности, т. е. уве-
личить чувствительность защиты по сравнению со схемой
защиты максимальной мощности без компенсации тока
небаланса (фиг. VIII, 33).
Это определяется тем обстоятельством, что проигрыш
в чувствительности, получающийся при данном /зшах за
счет того, что ток iH занижается, выбираясь меньшим ie,
оказывается меньшим выигрыша в чувствительности, оп-
ределяемого снижением величины Pptfn. •
Дополнительное повышение чувствительности дости-
гается посредством повышения ie при том же 13 шах> за
счет выбора пониженного Пт. в — выполнением трансфор-
маторов с вторичным номинальным током 10—20 А. Пре-
дел этому повышению ставится возрастанием отсосов в
схеме Гольмгрина.
Схема с торможением {im0pM = ie — in) в рас-
смотренном виде имеет следующие недостатки:
1) при большом числе параллельно работаю-
щих на шины генераторов суммарный 13тах,
протекающий через место повреждения, может
оказаться больше максимально допустимого;
2) необходимость в специальных трансфор-
маторах тока, удовлетворяющих наивыгодней-
шему соотношению пт,в и пт, н\
3) нулевой трансформатор тока, как рабо-
тающий практически на холостом ходу, для
уменьшения на него отсоса должен иметь по
возможности высокий импеданс намагничивания;
278
4) отсутствие возможности регулирования
защиты при наладке в случае значительного
расхождения расчетного и действительного
значения iu6.
Защита максимальной мощности без ну-
левого трансформатора тока. На фиг. VIII, 38
приведена схема, в которой к токовой обмотке
реле / подводится ток не от нулевого транс-
форматора тока, а от нулевого трансформатора
напряжения 3 через добавочное сопротивле-
ние 2.
Величина гд добавочного сопротивления вы-
бирается так, чтобы ток от трансформатора
напряжения в токовой об-
мотке реле соответствовал
iH нулевого трансформатора
тока в схеме фиг. VIII, 34.
Принцип действия за-
щиты и основные соотно-
шения, определяющие ее
чувствительность при за-
мыканиях в защищаемой
зоне, остаются
теми же, что и
в предыдущей
схеме. Добавоч-
ное сопротивле-
ние го, которое
требуется устано-
вить во вторичной
цепи для получе-
ния Ч.о. в пеР-
вом приближении
(без учета отсоса
тока и полагая
вр <С го) может
быть определено
из соотношения
гд-
V
р max
(VIII, 68)
Фиг. VIII,38. Принципиальная
схема защиты максимальной мощ-
ности нулевой последовательности
с компенсацией тока небаланса
с отключающим током, создава-
емым нулевым трансформатором
напряжения. %
При внешнем за-
мыкании на землю
реле не приходит в
действие, если через
его токовую обмотку
согласно условию се-
лективности проходит
ток
% = 1нб + *н — *в<№р.
(VIII, 69)
D
где Р < 1 — коэфициент запаса.
Значения коэфициентов kH (VIII, 67) и р,_как показы-
вает анализ, связаны соотношением: kH = y$ [Л. 11].
На фиг. VIII, 39 кривая 1 при выбранной мощности
трогания представляет зависимость ipmm=f(up). Вспомо-
гательная кривая 2 соответствует зависимости §ip m =
= f(up).
Условию селективности действия защиты, определяе-
мому (VIII, 69), соответствует касательная к кривой 2 из
точки (и = 0, * = *«б)» представленная на фиг. VIII,39 в
виде прямой 3.
При ир = ар через реле протекает ток
Ртах я
1+1*6-1,
«шах*
(Vin, 70)
На фиг. VIII, 39 этот ток определяется графически
ординатой касательной 3 при значении ир = вртах.
Для обеспечения селективности действия реле при
внешних замыканиях необходимо согласно (VIII, 70) обес-
печить ток от внешних трансформаторов тока:
(VIII, 71)
1е шах 1н max
Зная п„
: + ^нб гр max •
*т. в трансформаторов тока и коэфиииент отсо-
са "Чнагр и считая, что на диаграмме все вторичные токи
были даны с учетом отсосов, можно по полученному
из (VIII, 71) значению ie шах определить /зтах, который
Фиг. VIII, 39. Диаграмма к графо-
аналитическому расчету защиты
максимальной мощности с ком-
пенсацией тока небаланса.
100 U „
необходим для селективного действия защиты и кото-
рый должен обеспечить необходимый процент защищен-
ных витков обмотки статора (100 —а^):
*з max
1 — -л пт. в*
х Ыагр
"в max
^нагр
Соответствующее заземляющее сопротивление
(VIII, 72)
** =
"«
V*'s
(VIII, 73)
Защита м аксимальной мощности нулевой последова-
тельности без нулевого трансформатора тока до послед-
него времени имела широкое распространение.
По сравнению со схемой с нулевым трансформатором
тока она имеет то преимущество, что для нее не требуется
специальный трансформатор тока. При наладке уже смон-
тированной защиты создается возможность путем изме-
нения г$ регулировать ip в соответствии с полученным
расчетом.
Недостатком защиты является то, что на ее работу
оказывает влияние температура нагревэ заземляющих
сопротивлений. Существенное значение это имеет в том
случае, если заземляющее устройство выполнено из чу-
гуна, сопротивление которого при нагревании значительно
увеличивается.
Предельно-допускаемой температурой нагрева для
чугунных сопротивлений при длительном токе является
/ = 300°.
Возрастание сопротивления чугунных спиражей или
пластин при нагревании их до этой температуры опре-
деляется по формуле
Rat = Я Р + 0,001 (* - t0)]t (Vlll, 74)
где to bs 35е — температура окружающего воздуха, или
Д3, = 1,265Д. (VIII, 75)
Определяемый из (VIII, 72) /, соответствует уже на-
гретому сопротивлению и. следовательно, должен быть
отмечен индексом t(I3maxt). При холодном сопротивле-
нии /5гаах будет отличаться от l8mzxt и в соответствии
с (VIII, 73) и (VIII, 7р) может быть определен по фор-
муле
^тах=1.265/ЛшахЬ (VIII, 76)
Из (VIII, 76) следует, что /Зтах, необходимый для на-
дежного действия защиты и определяемый (VIII, 72), при-
ходится выбирать в 1,265 раза большим. Объясняется это
тем, что в случае однофазного замыкания на землю вне
защищаемой зоны за счет нагрева сопротивлений 13 вневь
него трансформатора тока поврежденной фазы может
уменьшиться в 1,265^ раза. Во столько же раз снизится
при этом и it
втьх»
Снижение же L
в соответствии
с (VIII, 70) может вызвать неселективное действие защиты,
так как напряжение на заземляющем сопротивлении
latmR3b a следовательно, и ток iH остаются неизменными.
При выборе /Зтах согласно (VIII, 76) ток замыкания и а
землю при внешнем замыкании хотя и снизится, но ег»
значение не будет меньше, чем то имеет ток, определяе-
мый выражением (VIII, 72), т. е. как раз ток, необходимый
для обеспечения селективного действия защиты.
В тех случаях, когда в системе работает не один ге-
нератор и существует несколько заземленных нулевых
точек, расчетная величина тока замыкания на землю оп-
ределяется двумя составляющими, а именно 1зг max t
и Iacmax> где ^згщах t — активный ток, обусловленный за-
землением нулевой точки защищаемого генератора при
нагретом сопротивлении, I3Cmax — активный ток, обуслов-
ленный заземлением нулевых точек системы.
При внешнем замыкании на землю защита максималь-
ной мощности не должна приходить в действие незави-
симо от того, какая величина заземляющего сопротив-
ления имеется у защищаемого генератора.
В соответствии с (VIII, 70) ток от нулевого трансфор-
матора напряжения при upmSLT
'«max = <ршах ~ ***+ "£^Г (* - Чнагр)- (VIII, 77)
При замыкании на землю в пределах защищаемой
зоны i' меняется в зависимости от ир по закону прямой
линии {прямая 3 фиг. VIII, 37).
При upt соответствующем замыканию на границе пре-
дельно-допустимого числа незащищенных витков, опреде-
ляемого выражением (VIII, 53), (р = *р.ота. Уравнение чув-
ствительности защиты при этом может быть представлено
в виде
1р. та '«max у
Р«
Ртах
■'«<?+
лзстях
Пт. «
(1 — Чнагр)
Р«
Ртах
(VIII, 78)
Решая его относительно **Ямах, получим
*«тах 1рщта
"Ртах
U
"р«
+■ 1нб
Ртах
И,
ра
лзстат
Пт. a
а
чнагр
).
(VIII, 79)
279
Сравнивая (VIII, 77) и (VIII, 79), можно определить
суммарный расчетный ток замыкания на землю
г . , , ( . UPmax .
Jiрасч *= 'зг max "т" 'зстах "1 ^.яга « •
+ *и6+*нб
зг max т^4згшах
м/*тах
р. та и
и„
рос
1ртлх) 1 — т]Л
(VIII, 80)
ра " ' " чнагр
где /pmax, как уже указывалось раньше, определяется графи-
чески (фиг. VIII, 39).
Если замыкание на землю произойдет при холодных
чугунных заземляющих сопротивлениях, то /Зшах оказы-
вается больше расчетного, а именно
'зшах = * >265/« шах / + /*ш«. (V1II, 81)
Расчетный ток может быть определен как сумма то-
ков со стороны заземленной нулевой точки защищаемого
генератора и со стороны внешних заземленных нулевых
точек системы, т. е.
*в расч === 2 265 "^ ^тах» (VI 11,82)
Из рассмотрения (VIII, 81) и (VIII, 82) следует, что
*з max __ Ztf 4- 1
где
* 9 расч,
т +0,79 '*
(VIII,83)
(VIH.84)
Таким образом окончательное значение для /зюах
с учетом (VIII, 80) и (VIII, 83) может быть представлено
в виде пт.в{т + \)
* » мят —*
{
(l-ti^^m + 0,79) Х
J
(VIII.85)
При расчете необходимо обеспечить рекомендуемое
число защищенных витков обмотки статора при всех
возможных нормальных длительных режимах. Поэтому
весьма важно правильно выбрать как полный ток замы-
кания на гемл^ю, так и ток замыкания на землю от защи-
щаемого генератора.
1зг таХ) обусловленный заземлением генератора, жела-
тельно иметь таким, чтобы он, не превышая своего пре-
дельнодопустймого значения, обеспечивал рекомендуемый
процент защищенных витков. Однако это возможно только
в том случае, если число параллельно работающих гене-
раторов мало и мощность их незначительна. При одно*
временной работе нескольких достаточно мощных генера-
торов суммарный ток замыкания на землю в месте
повреждения может оказаться недопустимо большим. По-
этому считается допустимым при редко имеющих место
режимах с малым числом работающих генераторов итти
на повышенный пргцент незащищенных витков, при этом
снижается как ток 13 г тах> так и /3 тах#
В случае параллельной работы нескольких мощных
генераторов при существующих трансформаторах тока
удовлетворить указанным выше, даже облегченным, ус-
ловиям иногда, например, на генераторах напряжением
10,6 kV невозможно. В таких случаях при данной схеме
прибегают к дополнительному заземлению еще и транс-
форматоров собственных нужд, посредством которых мо-
жет регулироваться ток /зтах в необходимых пределах. *
При нормальных условиях работы нулевые точки
трансформаторов могут быть, например, разземлены: ток
замыкания, необходимый для действия защиты, обеспечи-
вается заземлением нулевых точек генераторов. Если при
изменении режима системы окажется, что ток замыкания
на землю от работающих генераторов недостаточен, то
вводится в действие и заземляющее устройство транс-
форматора, обеспечивающее дополнительный, необходи-
мый для действия защиты, ток.
280
Защита максимальной мощности нулевой
последовательности с заземлением искусствен-
но созданной нулевой точки вне защищаемой
зоны. В качестве защиты от замыканий на землю
в обмотках статора может быть использована
также схема, приведенная на фиг. VIII, 40. За-
земление нулевой точки в данном случае осу-
ществляется посредством специального устрой-
ства, установленного на шинах или в сети
генераторного напряжения, электрически свя-
занного с данной станцией.
Схема в точности соответствует уже рассмотренной
в гл. 111* § 27 схеме максимальной, мощности нулевой
последовательности с компенсацией тока небаланса, при-
меняемой для защиты от замыканий на землю в линиях,
и дает те же результаты, что и защиты, рассмотренные
выше в гл, VIII, § i4.
Фиг. VIII,40. Схема защиты максимальной мощности ну-
левой последовательности с компенсацией тока небаланса
с заземлением нулевой точки вне защищаемой зоны.
При нормальном режиме работы геометри-
ческая сумма первичных токов равна нулю и
напряжение между нулевой точкой генератора
и землей примерно равно нулю. При замыкании
на землю одной из фаз через место поврежде-
ния и заземляющее сопротивление нулевой точ-
ки протекает /3. Нулевая точка генератора по
отношению к земле получает некоторое напря-
жение, пропорциональное числу замкнутых вит-
ков. Через реле максимальной мощности пройдет
ток, действующий на замыкание контактов.
В данной схеме, как и в предыдущем случае,
на реле воздействуют два основных тока: один
действует в сторону отключения — отключаю-
щий ток, и другой в сторону торможения — тор-
мозной ток.
Однако в данной схеме отключающий ток
создается внешними трансформаторами тока
(ток ie). Тормозной ток im0pM9 действующий в
сторону размыкания контактов реле,создается
трансформатором напряжения, установленным
между нулевой точкой генератора и землей.
Значение 1торм регулируется добавочным сопро-
тивлением Гд (фиг. VIII, 40).
Ток, необходимый для действия реле при
замыканиях в защищаемой зоне, определяется
уравнением чувствительности:
1р == 1в —I торм — 1»б ^ Ipjn* (VII 1,оО)
Уравнение селективности имеет вид
1р. == 1нб— ImopM \ fp# m* (VIII,87)
Достоинством защиты является то, что 13 не
зависит от числа работающих генераторов.
Однако на станциях с секционированными шина-
ми для надежного действия защиты желательно
устанавливать заземляющие устройства на каж-
дой секции, что удорожает защиту и вновь
создает возможность возникновения чрезмерно-
го по величине суммарного тока замыкания на
землю через место повреждения. При включе-
нии генератора до момента присоединения его к
шинам защита действовать не сможет и требует
дополнительного защитного устройства, дейст-
вующего до присоединения генератора к ши-
нам. Защита поэтому и по некоторым другим
причинам (см. гл. VIII, § 12) применяется редко,
главным образом для генераторов, имеющих
соединение обмотки статора в треугольник.
Комбинированная схема защиты макси-
мальной мощности нулевой последователь-
ности [Л. 12]. На фиг. VIII, 41 приведена схема
защиты максимальной мощности нулевой после-
довательности с'компенсацией 4<>, по существу
мало чем отличающаяся от любой из рассмот-
ренных выше схем. Однако отдельные, прису-
щие каждой из рассмотренных выше схем осо-
бенности в данной схеме как бы объединяются,
в результате чего схема по сравнению с каждым
из приведенных ранее вариантов получает не-
которые преимущества. Основные из них тако-
вы:
1) нулевой трансформатор тока, используе-
мый в данной схеме для получения рабочего
тока iH (фиг. VIII, 41), выбирается с тем же
нормальным коэфициентом трансформации, что
и внешние трансформаторы тока;
2) использование б качестве рабочего тока
от нулевого трансформатора тока позволяет
устранить влияние нагрева заземляющих сопро-
тивлений на работу защиты;
3) условия компенсации iH6 тормозным током
1торм от цепи трансформатора напряжения соз-
дает возможность при настройке защиты регу-
лировать его величину в зависимости от дейст-
вительного значения 1нб ;
4) принятое на схеме фиг. VIII, 41 присоедине-
ние трансформатора напряжения создает условие
для возможности использования защиты и при:
отключенном заземляющем сопротивлении ге-
нератора. В этом случае защита работает в
точности как схема фиг. VIII, 40 от тока со
стороны шин.
Расчет защиты может быть произведен в
соответствии с уже рассмотренным выше спо-
собом, но с учетом того обстоятельства, что в
данном случае 4 = 4 и что imopM определяется,
например, графоаналитически как разность
is—in в схеме фиг. VIII, 34.
Ток в реле при замыкании в защищаемой
зоне (условие чувствительности) при работе
одного генератора
i'P = in — imopM — iH6 > iP. m. (VIII,88>
Условие селективности имеет вид
1р—Ьн— U — 1торм + W — 1пб— 1торм<1р. т. (VIII,89)
Полные схемы защиты. При рассмотре-
нии всех вариантов иллюстрировались только
принципиальные схемы
защиты. В действитель-
ности схемы будут не-
сколько сложнее. Объ-
ясняется это следующим.
Селективность дейст-
вия защиты рассмотрен-
ных, схем проверялась,
исходя из случая одно-
фазного замыкания на
землю вне защищаемой
зоны. Однако в системе,
на которую работает
защищаемый генератор,
могут возникнуть также
двухфазные и двойные
замыкания на землю, при
которых любая из рас-
смотренных защит может
подействовать неселек-
тивно.
При замыкании на зе-
млю лчерез заземляющее
сопротивление пройдет
ток, который может об-
условить наличие напря-
жения на зажимах реле.
При этом iH6 может иметь
величину, значительно большую, чем при нор-
мальном режиме, и послужить причиной несе-
лективного действия защиты.
Чтобы сохранить достаточную чувствитель-
ность и избежать неселективного действия
защиты при таких повреждениях, можно было
281
Фиг. VIII, 41. Схема ком-
бинированной защиты
максимальной мощности.
юы вводить выдержку времени у защиты и
учитывать тогда iH6 по установившемуся току
повреждения. Однако этот способ не является
удовлетворительным, так как обусловливает
обычно недопустимое замедление действия за-
щиты; кроме того расчетные значения тока
небаланса получаются при нем все же больши-
ми, так как определяются первичными токами
повреждения, превышающими максимальные
рабочие токи.
В целях предотвращения неселективного
отключения генератора защиту максимальной
мощности нулевой последовательности при
всех многофазных повреждениях следует вы-
водить из действия специальной блокировкой.
Эта блокировка предотвращает также воз-
можность неправильного срабатывания защиты
Фиг. VIII,42. Полная схема защиты максимальной мощ-
ности с компенсацией тока небаланса.
и при внешних многофазных замыканиях без
земли, за счет напряжений несимметрии и выс-
ших гармонических в токе небаланса и э. д. с.
генератора.
Выполнение блокировки приведено в ка-
честве примера для схемы защиты максималь-
ной мощности нулевой последовательности без
нулевого трансформатора тока (фиг. VIII, 42).
282
Напряжение подводится к реле 6 через
нормально замкнутые контакты промежуточно-
го реле 7. При однофазном замыкании обмотки
генератора на землю реле 6 замыкает свои
контакты и этим через вторую пару замкну-
тых контактов промежуточного реле 7 подает
плюс на зажимы выходного промежуточного
реле 8, которое действует на отключение глав-
ного и нулевого выключателей (если таковой
установлен), на автомат гашения поля и авто-
матическое противопожарное устройство (при
его наличии).
В момент внешних многофазных замыканий,
при. которых имеют место значительные токи
повреждения, защита с помощью максимальных
токовых реле 9 выводится из действия.
При отключении поврежденного участка
сверхтоки в обмотках генератора прекраща-
ются и защита от замыканий на землю вновь
вступает в действие. Ток трогания максималь-
ных токовых реле 9, блокирующих защиту,
желательно выбирать больше максимального
тока перегрузки для оставления ее в работе
при этом ненормальном режиме. Если точный
расчет тока трогания блокирующих реле за-
труднителен, то его величину выбирают
порядка 1,7—2 от номинального тока ге-
нератора.
Необходимо, однако, отметить, что- в це-
лях повышения надежности действия блокиров-
ки при небольших ^толчках сверхтоков и со-
кращения количества потребных реле блоки-
ровку часто осуществляют от токовых реле
защиты генератора от сверхтоков. В этом слу-
чае защита блокируется при токах порядка
1,35 —1,4 от номинального тока генератора.
Под действием первоначального импульса,
несмотря на разрыв цепи напряжения, реле 6
по инерции может вращаться в сторону замы-
кания контактов и сработать.
Для повышения надежности "действия защи-
ты на контактах промежуточного реле 7 раз-
рывается еще и цепь оперативного тока. Раз-
рыв только цепи оперативного тока обычно
также недостаточен, так как при этом возмож-
но неправильное срабатывание защиты при от-
ключении внешнего короткого замыкания, если
реле 7 вернется в исходное положение ранее,
чем реле 6 разомкнет свой неправильно зам-
кнувшийся контакт.
Если повреждение произойдет до включе-
ния главного генераторного выключателя, то
с целью повышения числа защищаемых витков
обмотки генератора в этом режиме допуска-
ют увеличение тока, направляющегося в токо-
вую обмотку реле. С этой целью часть доба-
вочного сопротивления 5 шунтируется контак-
тами на валу генераторного выключателя. Так
как in обратно пропорционален сопротивлению,
то при снижении величины сопротивления от-
ключащий ток возрастает. Селективность ра-
боты защиты при таком режиме, очевидно, не
может быть нарушена.
Нулевой выключатель устанавливается в тех
случаях, когда /, Гоах имеет большие значения и
это требуется в соответствии с (VIII,33). Быст-
рый разрыв цепи тока замыкания на землю с
помощью выключателя устраняет опасность
дополнительного разрушения стали статора,
так как автомат гашения поля (см. ниже) ра-
ботает достаточно медленно.
За счет применения высокочувствительных
реле максимальной мощности и схемы с ком-
пенсацией токов небаланса защита в рассмот-
ренном выполнении получается достаточно чув-
ствительной при токах замыкания на землю,
допустимых по условию выжига стали статора.
Защита максимальной мощности нулевой
последовательности выводится из действия при
больших значениях фазных токов, обусловлен-
ных любыми причинами. Это, однако, сущест-
венного значения не имеет, так как при* внеш-
них замыканиях на землю продольная диферен-
циальная токовая защита генератора является
резервной и при пробое на землю в статоре
отключит генератор. Кроме того приходится
учитывать, что именно благодаря бдокировке
защиты при внешних повреждениях удается
получить достаточную чувствительность за-
щиты При ДОПУСТИМОЙ ВеЛИЧИНе /ЗШах.
При блокировке расчет чувствительности
защиты производится с учетом не максималь-
ных iH6 при сквозных междуфазных замыканиях,
a iK6 при наличии в первичных обмотках толь-
ко максимальных токов нагрузки, соответст-
вующих ip. m блокирующих реле.
Заземляющее сопротивление генератора рас-
считывается, как правило, на длительный ток
и не отключается при внешних замыканиях в
целях уменьшения перенапряжений, возникаю-
щих при замыканиях на землю в некомпенси-
рованной сети за счет перемежающейся дуги,
обусловленной емкостным током 1С. Сопротив-
ления, рассчитанные на кратковременное про-
текание тока и поэтому автоматически отклю-
чаемые при длительных однофазных замыка-
ниях в кабельных сетях, мосут выбираться
только при /f<5 А или при установке в си-
стеме дугогасящих аппаратов.
Необходимо также учитывать, что сопротив-
ления, рассчитанные на длительный ток, при-
ходится иногда устанавливать на генераторах,
работающих на воздушные сети, в целях за-
щиты статорных обмоток от атмосферных пе-
ренапряжений.
В целях обеспечения надежного действия защиты гене-
ратора в системах, не имеющих защиты от однофазных
замыканий кабельной сети, или при работе такой защиты
на сигнал, когда длительно существующий /зшах не должен
превосходить примерно 50 А (см. гл. VII, § 5), иногда пре-
дусматриваются схемы с нормально шунтированной частью
сопротивления в соответствии с фиг. VIII, 43.
Эту схему целесообразно применять также в целях
экономии количества секций заземляющих сопротивлений
и уменьшения тока при длительных, автоматически не
отключаемых замыканиях на землю на шинах генератор-
ного напряжения.
Нормально выключатель шунтирует часть сопротив-
ления, рассчитанную на длительный ток, и последний
определяется второй частью сопротивления, рассчитанной
на кратковременный полный ток замыкания на землю.
Через время, достаточное для срабатывания защит от замы-
каний на землю генератора и его сети (при наличии тако-
вой), посредством реле максимального напряжения вы-
ключатель отключается, и ток снижается до величины,
определяемой суммой обеих частей сопротивления. На
длительное существование этого тока должна быть рас-
считана, очевидно, и та часть сопротивления, которая
кратковременно пропускает весь ток.
Фиг. VII1,43. Осуществление Фиг. VIII,44. Схема
заземления с частичным шун- защиты максимальной
тированием сопротивления мощности нулевой по-
при нормальной работе. следовательности с
трансформатором тока
типа Ферранти.
Для уменьшения разрушений стали статора основная
защита генератора от замыканий на землю действует на
указанный шунтирующий выключатель. Особого второго
выключателя в цепи заземления схема не требует, тзк
как после отключения шунтирующего выключателя ток
замыкания на землю снижается до величины меньше 20 А.
Существенным недостатком этого устройства при ис-
пользовании его для схемы по фиг. VIII, 38 является то,
что посредством его нельзя регулировать величину
тока замыкания на землю при изменении числа работаю-
щих генераторов. Это объясняется очень сильным сниже-
нием чувствительности защиты при дешунтировэнии со-
противления за счет уменьшения напряжения ир. Для ком-
бинированной схемы по фиг. VIII, 41, в которой транс-
форматор напряжения может быть включен между нулевой
точкой генератора и землей, этот недостаток отсутствует
Из рассмотренных принципиально возможных
вариантов схем выполнения защиты при значи-
283
тельном числе параллельно работающих машин
наилучшей является комбинированная схема по
фиг. VIII; 41. Ее основными достоинствами явля-
ются: возможность работы с включенным и от-
ключенным заземляющим сопротивлением без
дополнительного усложнения схемы; возмож-
ность шунтирования части сопротивления при
установке добавочного выключателя по схеме
фиг. VIII, 43; ненужность учета нагрева зазем-
ляющих сопротивлений. Некоторым недостат-
ком является необходимость установки нуле-
вого трансформатора тока, работающего в ре-
жиме, близком к холостому
.иш^ ^^,„^,^.~. ходу, и связанный с ним
увеличенный отсос. Для
уменьшения отсоса этот
трансформатор желательно
выполнять с повышенным
сопротивлением вторичной
обмотки на номинальный
ток порядка 1 А.
Снижение iH^ по сравнению с обычиым фильтром ну-
левой последовательности и рациональный выбор пара-
метров самого трансформатора позволяют или снизить
необходимый для действия защиты 13 или при том же
токе 13 обеспечить большую чувствюельность защиты»
Кроме того и сама схема защиты может быть упро-
щена, например, за счет отсутствия блокировки при сквоз-
ных коротких замыканиях.
Производство трансформаторов типа Ферранти для
генераторов большой мощности встречает ряд конструк-
тивных затруднений, определяемых большим числом кабе-
лей, соединяющих его с выключателем, и в Союзе в за-
водском масштабе пока не освоено.
Защита максимальной мощности с исполь-
зованием трансформаторов тока диференци-
альной защиты. Схема защиты максимальной
мощности с компенсацией тока небаланса может
быть выполнена без специальных внешних
трансформаторов тока, функции которых вы-
полняют тогда трансформаторы тока диферен-
циальной токовой защиты
(фиг. VIII, 45).
В этом случае гНб мо-
гут иметь несколько
большую величину, и
трансформаторы тока
выбираются с вторичным
номинальным током 5 А,
Фиг. VIII, 45. Схема защиты максимальной мощности ну-
левой последовательности с компенсацией тока небаланса
с использованием трансформаторов тока диференциальной
защиты.
Фиг. VIII, 46. Схема защиты максимальной мощности ну-
левой последовательности с компенсацией тока небаланса
для генераторов, имеющих соединение обмоток в тре-
угольник.
15. ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТ ГЕНЕРАТОРОВ
ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ПО СХЕМЕ МАКСИ-
МАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ТОКА
НЕБАЛАНСА
Защита максимальной мощности с трансформа-
тором тока типа Ферранти. При рассмотрении защиты
максимальной мощности нулевой последовательности с
компенсацией iH$ предполагалось, что три внешних транс-
форматора тока соединены по схеме Гольмгрина. Прак-
тически возможно использовать и один трансформатор
типа Ферранти. Схема защиты при этом по существу
остается неизменной (фиг. VIII, 44),
При сверхтоках iH^ будет весьма незначительным.
а не 10 А и выше, как в схеме Гольмгрина
при больших пт,в. Поэтому схема может быть
применима только к генераторам относительно
небольшой мощности и в частности на сущест-
вующих станциях, где по конструктивным осо-
бенностям невозможно или слишком трудно и
дорого установить новые трансформаторы тока.
Защита максимальной мощности для генераторов,
обмотки которых соединены в треугольник. Принци-
пиальная схема защиты изображена на фиг. VIII, 46.
Искусственное заземление выполняется с помощью зазем-
ляющего трансформатора.
284
При соединении обмоток генератора в треугольник
минимальное напряжение по отношению к земле, равное
половине фазного напряжения, имеет средняя точка каж-
дой обмотки (фиг. VIII, 47).
Таким образом напряжение на зажимах реле макси-
мальной мощности при металлическом замыкании на
землю в середине обмотки равно половине максимального
и поэтому при допустимой величине /зтазс в данном
-случае возможно защитить все 100% витков обмотки
генератора.
Расчет защиты может быть произведен по приведен-
ным уже формулам. За минимальное напряжение при этом
принимается
"р«-
:0,5tt
р max*
(VIII,90)
«.
/ ^r/A
/ ^r /p]
/ ^^ / ^
/^г / ^Г
(Г f \
Ivs^ &
\*N?
Х^^Ч^
х* ^ч
1 %.
*—*Stffc
- ш*
л / /V/oV
«*—«pm-х у 0,25 + 0,75 [in).
стемы и землей. При этом ни одна точка любой из трех
обмоток при нормальном режиме не должна иметь потен-
циала земли.
На фиг. VIII, 48а представлен вариант такой схемы
заземляющего устройства, в которой потенциал нулевой
точки генератора смещен по отношению к земле. Пер-
вичная обмотка специального заземляющего трансфор-
матора выполняется с соединением в зигзаг, причем части
фазных обмоток имеют неодинаковое число витков; вслед-
ствие этого между нулевой точкой генератора, имеющей
при отсутствии замыкания на землю потенциал, равный
потенциалу земли, и нулевой точкой трансформатора
(если он не заземлен) существует разность потенциалов
0Р- А
i A
Фиг. VIII, 47. Векторная диаграмма для случая замыкания
на землю генератора, имеющего соединение обмоток в
треугольник.
- Напряжение на границе мертвой зоны, т. е. на рас-'
стоянии 0,5 ах°/о витков от середины обмотки (фиг. VIII,47)
«. - у (о.б V2 + (о*У**Ф ^)2 «
= "*]/ 0,25 + 0,75 (~) . (VIII,91)
Напряжение на зажимах реле в соответствии c(VIIL90)
и (VIII.91) J
(VIII,92)
Если РРшТП>1 зтах и ДРУгие параметры защиты подоб-
раны так, что при замыкании в защищаемой зоне и
^ = 0,5 upmSLX реле действует, то мертвой зоны при
металлических замыканиях не будет.
Действие защиты происходит аналогично тому, как
и при схеме соединения обмоток генератора в/звезду.
Стопроцентные защиты генераторов от замыканий
одной фазы на землю. Все рассмотренные выше схемы
защиты генераторов от замыканий на землю имеют тот
недостаток, что при допускаемых токах замыкания они
нечувствительны к повреждениям вблизи нулевой точки
генератора, обмотки которого соединены в звезду.
.Процент защищенные витков может быть повышен
до полного охвата обмотки каждой фазы, если создать
постоянный сдвиг потенциала между нулевой точкой си»
С7л
Фиг. VIII,48. Варианты схем
заземляющих устройств, обес-
печивающих действие защиты
от замыканий на землю вблизи
нулевой точки генератора.
Нулевая точка вспомогательного трансформатора за-
земляется через сопротивление и принужденно принимает
при нормальном режиме потенциал земли.
На фиг. VIII, 486 показана диаграмма напряжений
д!ля выполнения, при котором добавочное напряжение
смещения совпадает с напряжением фазы Л. Минималь-
1 ная разность потенциалов между обмоткой и корпусом
при этом равна NP = ОР»!^— #
Таким образом при замыкании на землю даже в нуле-
вой точке генератора через место повреждения потечет
ток, который приведет защиту в действие.
Стопроцентную защиту осуществляют по рассмотрен-
ным уже ранее схемам максимальной мощности нулевой
последовательности с компенсацией iH^
Заземляющий трансформатор может быть установлен
в защищаемой зоне или вне ее. В первом случае защита
работает как схема фиг. VIII, 34, во втором случае как
схема фиг. VIII, 40.
Принципиальная схема такой защиты, выполненной
по варианту фиг. VIII, 40, с токораспределением при
замыкании на землю близ нулевой точки приведена на
фиг. VIII, 49.
При рассмотрении вопроса о допустимом проценте
незащищенных витков при замыкании обмоток генера-
тора на землю было уже отмечено, что напряжение, при
котором возможно возникновение дуги (при изоляции
обмоток микалентой на асфальтовом лаке), может быть
значительно ниже 500 V.
Если учесть, что число витков обмотки каждой фазы
в современных мощных турбогенераторах незначительно,
то возможность возникновения дуги при повреждении
изоляции в генераторах с линейным напряжением 6,3 и
10,5 kV по существу не устраняется, даже если про-
изойдет замыкание первого витка статорноп обмотки.
Поэтому вопрос полной защиты от замыканий на землю
всей обмотки при таких условиях имеет существенное
значение,
Однако „стопроцентные* схемы защиты от замыканий
на землю в практике эксплоатации не получили широкого
распростронения по следующим основным причинам:
285
1) относительная сложность схемы, определяемая
необходимостью установки специальных заземляющих
трансформаторов;
2) замыкание на &млю в нулевой точке генератора,
работающего, как правило, на кабельные сети, практи-
чески мало вероятны вследствие ограничения возмож-
ности возникновения атмосферных перенапряжений;
S) нежелательность постоянного, в особенности зна-
чительного, смещения нулевой точки системы, обуслов-
ливающего повышенные против номинальных напряжения
на одной из фаз системы.
В 'соответствии с этим вопрос об уста-
новке специальных защит от замыканий между
витками обмоток одной фазы генератора тре-
бует разрешения.
Для генераторов с двумя параллельными,
ветвями в качестве защиты от витковых
замыканий широко используется поперечная
диференциальная токовая защита (см. гл. V%
§ 16). Схема защиты показана на фиг. VIII, 50.
Фиг. VIII, 49. Принципиальная схема 100»/в
защиты максимальной мощности нулевой
последовательности с компенсацией тока
небаланса для случая создания искусствен- I
ной нулевой точки вне защищаемой зоны.
16. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ОТ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ
ВИТКАМИ ОБМОТОК СТАТОРА
Защита от замыканий между витками одной
фазы не получила столь широкого распростра-
нения, как защита от междуфазных замыканий
и однофазных замыканий на землю. Особенно
это относится к генераторам, не имеющим
выведенных параллельных ветвей обмоток.
Объясняется это тем, что предлагаемые схемы
защиты оказались относительно сложными и
недостаточно надежными.
Наряду с этим существовало мнение, что в
современных крупных генераторах со стерж-
невой обмоткой замыкания между витками
одной фазы, не сопровождающиеся одновре-
менным замыканием на землю, мало вероятны.
Поэтому защита от замыканий между витками
одной фазы практически возлагалась на защиту
от замыканий на землю.
Статистика повреждений генераторов пока-
зывает, что часть витковых замыканий в обмот-
ках генераторов не сопровождается одновре-
менным замыканием на землю.
Фиг. VIII, 50. Схема поперечной дифереи-
циальной токовой защиты генератора,
имеющего две параллельные ветви ста-
торной обмотки.
Схема выполнена с тремя максимальными
токовыми реле мгновенного действия, каждое
из которых присоединено диференциально к
двум трансформаторам тока, установленным по
одному на ветвь обмотки каждой фазы.
Ток трогания максимальных токовых реле
iPm m выбирается больше максимального значения
Ьиб.max, который может протекать через обмотку
реле при сквозных коротких замыканиях.
Величина iH6 определяется неидентичностью
характеристик трансформаторов тока и разли-
чием импедансов иэ.д. с. отдельных ветвей.
Если параллельные ветви выполнены доста-
точно симметрично, то ip%m принимается равным
40 — 60% номинального рабочего тока генера-
тора одной ветви фазы.
При повреждении защита должна макси-
мально быстро отключать генератор от системы,
и поэтому выдержки времени не устанавлива-
ется.
В соответствии со схемой соединения через
реле в общем случае замыкается разность
токов параллельных ветвей, т. е. ip = i\ — in.
Чтобы защита подействовала, необходимо
иметь ip >/р. m.
При нормальном режиме работы, когда
через реле проходит только гНбУ защита не
действует.
286
Еслн произойдет замыкание через Rn между
витками одной ветви генератора, работающего
на холостом ходу (фиг. VIII,51), то через
реле пройдет ток
i = 2/l -2 г
То^кораспределение в ветвях фазы для ука-
занного вида повреждения может быть пред-
в сторону шин и соединительные кабели или
шины между ними, поперечная защита в об-
щем случае не может заменить продольную.
Величина мертвой зоны обычно не выходит
за пределы нескольких процентов, а при парал-
лельной работе нескольких генераторов и еще
меньше.
Защита широко распространена для мощ-
ных генераторов, однако ее применение огра-
Фиг. VIII, 51. Токорао
пределение в схеме
фиг. VI11,50 при вит-
ковои замыкании.
Фиг. VIII, 52. Зависимость токов в повреж-
денной ветви генератора от доли замк-
нувшихся витков.
Фиг. VIII, 53. Действие поперечной диферен-
цнальной токовой защиты генератора при между-
фазовых замыканиях.
ставлено для различного относительного числа
замкнутых витков а в виде кривых фиг. VIII, 52: ничивается только генераторами с параллель-
7„=/(а); /ц=»/(а) и h =/(а), где /„ — ток ными ветвями.
замыкания в месте повреждения; /п—ток в При повреждении во вторичной цепи, напри-
замкнутой ветви; h — ток в первичных обмот- мер, при обрыве соединительных проводов
ках трансформаторов тока. между трансформаторами одной фазы, через
Из фиг. VIII,52 видно, что череэ реле про- реле может пройти ток, превышающий ip.m>
текает достаточно большой ток, способный и защита подействует неселективно. Можно
привести его в действие, за исключением того было бы выбирать ток ip.m больше номиналь-
случая, когда число замкнутых витков окажется ного нагрузочного тока ветви, но это не реко-
ниже некоторого предельного значения ах. мендуется из-за возрастания мертвой зоны
При числе замкнутых витков а<а^ ток защиты. Поэтому стремятся, не повышая ip.m%
2/i <ilp.m- Таким образом в части витков ах устранить возможность повреждений во вто-
защита имеет мертвую зону, определяемую ричной цепи путем тщательного выполнения
величиной Ip.m. ее, исключающего обрывы. С этой же целью
При замыкании между витками равных фаз трансформаторы тока часто соединяют между
согласно фиг. VIII, 53 защита действует; однако собой у места их установки, а не на релейном
она также будет иметь некоторую мертвую щите.
зону, если замыкание произойдет в обеих фа- Защита через промежуточное реле подает
зах близко к нулевым выводам. импульс на одновременное отключение выклк>
Действительно, основная часть тока повреж- чателей, включение АГП и противопожарного
дения, а именно Ль замыкается помимо транс- устройства (если оно установлено).
форматоров тока. При малом числе замкнутых
витков h может оказаться меньше 0,5 1р,т и
защита в действие не придет.
Поэтому, а также ввиду того, что в защи-
щаемую зону не входят выводы генератора
Защиту генераторов с двумя ветвями на фазу от
витковых замыканий можно осуществить, используя н
другие схемы.
Заслуживает внимания в этом отношении схема
фиг. VIII, 54 [Л. 5]. К измерительному трансформатору
287
тока, включенному в цепь между нулевыми точками, об-
разованными соединением в две звезды порознь взятых
параллельных ветвей, приключается токовое реле. При
нормальном режиме ток в реле отсутствует. При замы-
кании между витками равновесие э. д. с. между ветвями
ларушается, и в реле возникает ток.
Преимуществом защиты является ее простота и эко-
номичность в оборудовании. Защита имеет и некоторые
недостатки. Для продольной диференциальной защиты
генератора при раздельных нулевых выводах ветвей по-
требуется установить три дополнительных трансформа-
тора тока или применить на нулевых выводах трансфор-
маторы тока специального типа с двумя первичными об-
мотками. Вторым недостатком схемы является то, что
через соединение между нулевыми выводами ветвей
могут протекать значительные токи высших гармоник (в
первую очередь, тройной частоты), обусловленные отли-
чием формы кривой э. д, с. от синусоиды. Токи высших
гармоник могут при значительной их величине привести
В схеме фиг. VIII, 55 и VIII, 56 предусматривается [
установка фильтра в целях устранения влияния на pa- |
боту реле токов высших гармоник. Эти схемы на прак-
тике в СССР распространения на получили, в частности,
ввиду трудности их настройки, наличия значительных
мертвых зон и стожности выполнения.
17. НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ
Повреждения цепи возбуждения являются
относительно частым видом повреждений ге-
нераторов.
Основные, наиболее частые, повреждения
в цепи возбуждения можно классифицировать
следующим образом:
1) потеря возбуждения; 2) замыкания на
землю в одной и двух точках.
Фильтр
Фиг. VIII,55. Защита от витковых
замыканий генераторов с одной ветвью
на фазу (первый вариант).
Фиг. VIII,54. Защита от
витковых замыканий по-
средством реле, включен-
ного между нулевыми
точками обмотки статора,
соединенной в две звезды.
к неселективному действию защиты. Отдельные фирмы
|Л. 13] в таких схемах применяют специальные фильтры
от токов третьей гармоники. В целях уточнения пара-
метров защиты и ее свойств схема требует эксплоата-
ционной проверки.
Защиту от витковых замыканий в обмотках статора
с одной ветвью на фазу можно выполнить, используя схе-
мы фиг. VIII, 55 и VIII, 56.
К зажимам генератора в данном случае присоединены
вспомогательные устройства, имеющие достаточно ма-
лый реактанс нулевой последовательности, в виде транс-
форматора напряжения с соединением звезда-треугольник.
При нормальном режиме з. д. с. генератора уравно-
вешены, тока в соединительном проводе между нулевыми
точками генератора и первичной обмотки трансформа-
тора нет. •
При витковом замыкании в одной из обмоток статора
равновесие з. д. с. генератора нарушается. На зажимах
генератора появятся напряжения нулевой последователь-
ности, которые при малом значении реактанса нулевой
последовательности даже при незначительной величине
вызывают циркуляцию тока через соединительный про-
вод между нулевыми точками достаточного для действия
токового реле.
В схеме фиг. VIII, 56 реле включено в цепь треуголь-
ника вторичной обмотки трансформатора. /
Фиг. VIIT,56. Защита от витковых замыканий
генераторов с одной ветвью на фазу (второй
вариант).
Потеря возбуждения вследствие замыкания
между полюсами или разрыва цепи может по-
служить причиной перехода генератора в не-
желательный для него режим работы: появ-
ляется вероятность выхода генератора из
синхронизма и перехода его в асинхронный
режим работы. Длительный асинхронный ре-
жим работы для генератора недопустим, так
как ротор и демпферная обмотка (при наличии
последней) будут сильно перегреваться. Неже-
лателен такой режим работы и для системы,
из которой поврежденный. генератор будет
потреблять (как асинхронный) значительную
реактивную мощность. Отдавать же в систему
генератор при этом сможет лишь небольшую
активную мощность.
Восстановить нормальный режим работы
цепи возбуждения в короткий промежуток
времени в ряде случаев не представляется
возможным и поэтому приходится генератор
отключать. Однако простой, проверенной на
практике защиты от данного вида поврежде-
ний не существует; поэтому ликвидация их
производится вручную дежурным персоналом.
288
Для защиты от замыканий на землю в одной
и двух точках разработаны специальные
схемы,
18. ЗАЩИТА ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОТ ЗАМЫ-
КАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Принципиальные схемы защиты. Замыка-
ние на землю в одной точке является наи-
более частым видом повреждения цепи воз-
буждения.
Если замыкание на землю в соответствии с
фиг. VIII, 58а происходит только в одной точ-
короткого замыкания, может произойти пожар.
Таким образом замыкание на землю в двух
точках обмотки возбуждения является доста-
точно опасным видом повреждения, требую-
щим немедленного отключения генератора и
быстрого гашения поля.
Для защиты обмотки возбуждения от замы-
кания на землю существует два вида специаль-
ных защит:
1) защита от замыканий в одной точке,
действующая на сигнал;
2) защита от замыканий в двух: точках, дей-
ствующая на отключение генератора.
I—ЧОШШООО^—
I—^ЯГ
Сигнал
Сигнал
ни»
La/VNAAAM
Фиг. \Ш1,58. Принципы защит
Фиг. VUI,57. Замыкание на
землю в обмотке возбуждения
генератора.
ке, то она принимает по-
тенциал земли. Ток при
этом через место повре-
ждения практически не
протекает, так как для
него отсутствует замк-
нутый контур. Пара-
метры возбуждения оста-
ются неизменными, и генератору от подоб-
ного вида повреждения не угрожает непо-
средственная опасность. Если по условиям
эксплуатации невозможно произвести отклю-
чение, то генератор с замкнутой на землю об-
моткой возбуждения может некоторое время
оставаться в работе до благоприятного мо-
мента для остановки и ремонта.
Опасность для генератора наступает вне-
запно, если замыкание произойдет еще и во
второй точке обмотки возбуждения, как это
указано на фиг. VIII, 586.
При замыкании на землю в двух точках
часть обмотки возбуждения оказывается замк-
нутой. Вследствие искажения магнитного поля
ротора в машине могут возникнуть недопу-
стимые вибрации. От действия дуги в месте за-
мыкания, через которое протекает большой ток
19 Релейная защита •
К /
\ У
ьммшмг-
1
[-«32
|-**~'
а=юй
*—»J
J
\
Jpm
*
^v
У^^
у
+ Л§~
J
****■
с
I
\\
' I" У*
У?.
У 1У
IliA
м«11идл-1Л1|
от замыканий
возбуждения.
в
й на землю в одной точке цели
Защита от замыканий на землю в одной точке. Дли
защиты обмотки возбуждения от замыканий в одной
точке могут быть применены схемы, действующие на сиг-
нал; их принципы осуществления . даны на фиг. VIII, 58.
Максимальное токовое реле (фиг. VIII, 58а) присо-
единено к ползушке делителя напряжения, включенного
параллельно обмотке возбуждения. Так как второй зажим
обмотки реле имеет соединение с землей, то при замы-
кании на землю в цепи возбуждения через реле прой-
дет ток. При замыкании в точке, имеющей потенциал,
равный потенциалу ползушки потенциометра, Гр = 0.
Если пунктирной линией на диаграмме, относящейся к
фиг. VIII, 59а, нанести Ip. m, а 1р представить в виде на-
клонных прямых, то при рассматриваемом способе за-
щиты в части витков ах реле не сможет подействовать.
При использовании схемы фиг. VIII, 586 реле при-
соединено через переключатель К к одному из соедини*
тельных проводов.
Из рассуждений, приведенных в предыдущем слу-
чае, следует, что защита будет иметь мертвую зону, если
замыкание произойдет в части витков о1в Чтобы избежать
мертвой зоны, применяют поочередное автоматическое
289
переключение реле от зажима а к зажиму о\ При пере-
ключении между замкнутой точкой и заземленным зажи-
мом реле появляется достаточная разность потенциалов
и реле приходит в действие (Ip >/p- m).
На фиг. VIII, 58в показана схема с использованием
вспомогательного источника тока. Реле в этом случае
присоединено к зажиму обмотки через батарею.
При замыкании на землю даже вблизи точки присо-
единения на зажимах обмотки рел^существует некоторая
разность потенциалов, обусловленная напряжением бата-
реи; она создаст ток /#.
Если наложенное напряжение выбрать с таким рас-
четом, чтобы 1р" был больше 1р. т, то в этой схеме мерт-
вой зоны не будет.
Таким образом более совершенными являются схемы
фиг. VIII, 586 и в.
Практическое выполнение защиты можно осуществить
по схемам фиг. VIII, 59 и VIII, 60.
Hacu&-'M
6^
Изоляций
Направление вращений
подвижного контакта
/- двигатель Варрена
Фиг. VIII, 59. Схема
одной точке цепи
защиты от замыкании на землю в
возбуждения с переключателем.
Схема защиты с переключателем (фиг. VIII, 59).
Органом, реагирующим на замьькания в обмотке возбуж-
дения, является максимальное токовое реле 4. Чтобы
обеспечить высокую чувствительность защиты, устанав-
ливают в качестве реагирующего органа, например, по-
ляризованное реле типа ПС-ХЭМЗ с !р. т ~ 0,002 А.
В^ целях устранения мертвой зоны при "замыкании в
любой части обмотки реле 4 поочередно присоединяется
переключающим реле к одному или другому полюсу.
Переключающее устройство (2, 3) приводится в действие
небольшим синхронным двигателем 1 типа Варрена. При
замыкании на землю реле 4 подает импульс на промежу-
точное реле 5, которое включено по схеме на прилипа-
ние. Цепь тока замыкания на землю при этом разры-
вается для предохранения термически неустойчивого
реле 4. Сигнал подается до момента разрыва цепи пита-
ния реле J, производимого от руки дежурным персо-
налом.
Если генератор работает с полной нагрузкой, то
где UH — напряжение возбудителя при номинальной на-
грузке, ч
гр — сопротивление обмотки реле.
При замыкании на землю в середине обмотки воз-
буждения, когда генератор работает без нагрузки, Um[n =
U°
= "тр* где с/о — напряжение возбудителя при холостом
ходе генератора.
Реле способно подействовать, если общее сопротив-
ление цепи реле (переходное сопротивление в месте за-
мыкания плюс сопротивление обмотки реле) не больше,
_ ^min
чем Rm„ = -,—.
р.т
Схема получается достаточно простой, но наличие
переключающего устройства снижает ее достоинства.
Схема с наложенным напряже-
нием (фиг. VIII, 60). В качестве
пускового реле и в данном случае
используется также поляризованное
реле. Дополнительный источник 1
постоянного тока напряжением по-
рядка 30 V включен последовательно
с реле 2. В качестве источника могут
Ф//г. VIII,60. Схема 'защиты от замыканий на землю в
одной точке цепи возбуждения с добавочным источником
тока.
быть применены или батарея из сухих элементов или
купроксный выпрямитель.
Если применяется батарея с £/£=30 V, а7р#т поля-
ризованного реле (типа ПС) равен 0,002 А, то максималь-
ное сопротивление в цепи реле при замыкании на одно-
именном с батареей полюсе, при котором защита дейст-
вует, будет
и„
#=-
30
0,002
= 15 000 Q.
р.т
Так как сопротивление обмотки поляризованного ре-
ле ПС гр = 4Ч000 Q, то реле подействует, если замыкание
произойдет через &перМ # — /> = 11 000 Q.
Максимально возможное значение тока в реле будет
при металлическом замыкании на землю на разноимен-
ном с батареей полюсе
и$ + ив тах
'р max
гР±гб
290
где Uej^ax — максимальное напряжение возбудителя;
г б — сопротивление батареи (практически ничтож-
но малое по сравнению с гр).
Чувствительность существующих схем за-
щит от замыканий на землю в одной точке
в ряде случаев недостаточна для того, чтобы
сигнализировать об ухудшении изоляции цепи
возбуждения до ее повреждения. Поэтому даже
при наличии защиты эксплоатационный персо-
нал должен систематически проверять состоя-
ние изоляции. В связи с этим в последнее врейя
установка этих защит в целях упрощения не
рекомендуется и они обычно не применяются.
Фиг. VIII,61. Схема защиты
от замыканий на землю в двух
точках цепи возбуждения.
+~fi^\ *~ M Выходному
пром. реле за-
щиты генера-
лу тора от днцт-
~ ренних повреж-
дении
->——о—О- '
Г1
!—ОПЛАТ—* I
А.Г.П.
*—'ТПУШГ Ч
Защита от замыканий на
землю в двух точках (фиг.
VIII, 61). Защита выполняется
^ по принципу мостика Уитсто-
на. Присоединяется защита
вручную к генератору, у которого возникло
замыкание на землю в одной точке. Движок на
делителе напряжения / устанавливается так,
чтобы получить за счет равновесия в плечах
делителя и поврежденнойобмотки /^=0.
Принципиальная схема приведена на фиг.
VIII, 62. Если первое замыкание произошло
в точке а, то, включал между землей и пол-
зушкой делителя миллиамперметр, устанавли-
вают равновесие плеч мостика. После этого
присоединяется в схему вместо миллиампер-
метра чувствительное реле.
При замыкании на землю во второй точке
обмотки возбуждения (точка б) равновесие
в плечах мостика нарушается и через реле
пройдет ток повреждения.
В качестве пускового реле применяют, на-
пример, электромагнитное реле типа ЭТ-60
с 1Р.т ^ 0,05 А.
Выдержка времени порядка 1—2 сек. у ре-
19»
ле 3 вводится с целью избежания действия
защиты при временных переходящих замыка-
ниях.
При напряжении возбудителя 115 —125 V
применяется делитель напряжения ~на 50 2,
при 230 - 250 V —на 100 А.
В зависимости от того, в какой части об-
мотки по отношению к месту первого замыка-
ния произойдет замыкание во второй точке,
+
fowoooooootww
_f
ошоооомюо
ИЛЛ)Ш1ПШШШПЛЛ1"
©J
LJ
Фиг. VIII, 62. Принцип
действия защиты от
замыканий на землю
в двух точках, выпол-
ненной по фиг.VIII, 61.
защита может иметь мертвую зону иногда очень
большой величины. Так, например, при наличии
первого замыкания у колец ротора вне зависи-
мости от местоположения второго замыкания
на землю защита не действует, т. е. мертвая
зона равна 100%.
Наличие мертвой зоны и большого потреб-
ления энергии в делителе напряжения являют-
ся крупными недостатками защиты.
Значительного эксплоатационного опыта ра-
боты и тщательных исследований действия за-
щиты, особенно при переходных замыканиях,
не имеется.
Защита может действовать и при замыка-
ниях в цепи возбуждения возбудителя. Однако,
чтобы избежать неправильного действия защи-
ты при изменении положения шунтового регу-
лятора возбудителя, ее в этих случаях не ис-
пользует.
Известен также следующий недостаток схемы. В нор-
мальных условиях эксплоатации через обмотку реле мо-
жет протекать переменный ток, обусловленный, например,
пульсацией магнитного по«ока ротора, наводящего при
этом соответствующие э. д. с. в обмотке возбуждения
Пульсация потока получается за счет различного маг-
нитного сопротивления магнитопровода при различных
положениях ротора. Было установлено, что за счет этого
и при отсутствии замыкания во второй точке в цепи реле
может иметь место переменный ток, в ряде случаев пре-
вышающий /р<т.
В целях устранения указанного недостатка схема за-
щиты была усовершенствована [Л. 13] путем компенса-
ции переменного тока.
Для этой цели в цепь питания реле (фиг. VIII, 63)
включается трансформатор тока спт = 1. Реле типа ЭТ-60
(модернизированное) имеет две обмотки, симметрично
расположенные на магнитопроводе. Одна обмотка (основ-
ная), как и в предыдущей схеме, включается между пол-
эушкой делителя напряжения и землей. Другая обмотка
291
присоединена к вторичной обмотке трансформатора (фиг.
VIII, 64). Так как через различные обмотки реле прохо-
дят примерно одинаковые*, но обратно направленные токи,
то результирующий поток от переменного тока в значи-
тельной мере компенсируется. Схема действует на вы-
ходное промежуточное реле защиты генератора от внут-
ренних повреждений; эксплоатационного опыта она еще
не имеет.
В связи с перечисленными недостатками су-
ществующей схемы защиты от замыканий на
землю в двух точках и неудовлетворительным
эксплоатационным опытом некоторых ее вари-
антов иногда допускается ее действие только
на сигнал.
На сигнал
или отклю-
чение
Дополнитель-
ная оЗмотка
реле
Отлолв(/нна потенциометра
токи, определяемые величиной э. д. с. генера-
тора.
Поэтому на генераторах должны устанав-
ливаться специальные автоматические устрой-
ства для снятия с них собственного напряже-
ния. Это осуществляется посредством гашения
магнитного поля генераторов.
Автоматические устройства для га-
шения магнитного поля генераторов, сокра-
щенно именуемые АГП, должны удовлетворять
следующим основным требованиям:
1) иметь максимальную быстроту действия;
2) снижать напряжение генератора до вели-
чины, не способной поддерживать воль-
тову дугу в месте повреждения.
При этом напряжение на кольцах воз-
будителя пдэи действии АГП не должно
превосходить величин, допустимых для
его изоляции.
Процесс гашения поля характери-
зуется кривой (фиг. VIII, 65), представ-
ляющей зависимость напряжения иг на
зажимах статорной обмотки генератора
от времени гашения.
Время tn9 в течение4 которого прак-
Фнг. VUI,63. Схема за-
щиты по фиг. VIII, 61
с устройством, компен-
сирующим воздействие
на реле переменных
токов.
Фиг. VIII, 64. Протекание переменных
токов в обмотках реле защиты по
фиг. VIII, 63.
S9. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ГЕНЕРАТОРОВ
При отключении поврежденного генератора
от шин прекращается питание его током от
остальной генерирующей части системы, одна-
ко ротор генератора продолжает вращаться,
Фиг. VIII, 65. Зависи-
мость напряжения на за-
жимах генератора от вре-
мени при действии гаси-
тельного устройства.
тически полностью заканчивается про-
цесс гашения, называется временем
полного гашения. За этот проме-
жуток времени напряжение снижается до вели-
чины игосту называемой остаточным на-
пряжением. Последнее должно быть мень-
ше игт'т — минимального напряжения, способ-
ного поддерживать дугу в месте повреждения.
Время £2, в течение которого напряжение
снижается до величины игтт, является одним
из основных показателей качеств АГП.
Для выполнения основных требований,
предъявляемых к АГП, необходимо:
1) уничтожить или свести к минимуму ток
i9 в обмотке возбуждения генератора;
2) поглотить магнитную энергию поля гене-
ратора.
Для случая работы генератора на холостом
ходу накопленная в нем магнитная- энергия
WM
(VIII, 93)
и при наличии возбуждения через место по-
вреждения могут замыкаться недопустимые
292
Ввиду большой индуктивности (Le) обмот-
ки возбуждения магнитная энергия достигает
больших величин. Она затрудняет процесс га-
шения, так как поддерживает
ток возбуждения при гашении
поля.
Поглощение магнитной
энергии в применяемых схе-
мах АГП производится пре-
тепло в активных сопротивле-
самого генератора (например,
вращением ее в
ниях элементов
в самой обмотке возбуждения, демпферных
контурах) или сопротивлениях, дополнительно
вводимых в цепи возбуждения.
Схема с разрывом цепи возбуждения.
Принципиально наиболее простым способом
гашения поля является разрыв цепи возбужде-
ния (фиг. VIII, 66).
При размыкании цепи возбуждения ток воз-
буждения i8 снижается до нуля. Сопротивление
контура R, сосредоточенное в месте размыка-
ния, становится равным оо.
Поэтому напряжение на контактах вы-
ключателя в ' начальный момент отключения
Ue = ie-R (VIII, 94)
в пределе равно бесконечности.
Если пренебрегать дополнительными демп-
фирующими контурами, выражение тока воз-
буждения в любой момент времени t гашения
можно представить в следующем виде [Л. 15]:
iet = ieHa4-e т =*1внач-е L . (VIII, 96)
Для затухания свободного тока в замкнутом
контуре от начального значения тока возбуж-
дения 1внач до значения, равного нулю, потре-
буется много времени. Поэтому этот способ
на практике не применяется.
Схема с введением сопротивления в цепь
возбуждения возбудителя (фиг. VIII, 68). При
Фиг. VIII.66. Прднцип гашения
поля посредством разрыва
цени возбуждения.
Фиг. VIII.67. Принцип
гашения поля посред-
ством закорачивания це-
пи возбуждения.
Практически, благодаря конечной скорости
размыкания контактов выключателя, их пере-
ходного дугового сопротивления и входной
емкости цепи процесс гашения происходит за-
медленно, при конечных значениях перенапря-
жений. Для уменьшения возникающих перена-
пряжений в рассматриваемой схеме применя-
ются специальные автоматы с угольными кон-
тактами замедленного действия.
Однако перенапряжения могут все же да-
стигать значительных величин. Поэтому данная
схема для союзных генераторов распростра-
нения не получила.
Схема с закорачиванием обмотки возбуж-
дения* Вторым простым способом гашения по-
ля могло бы явиться применение схемы с за-
корачиванием цепи возбуждения (фиг. VIII, 67).
Опасность перенапряжений на кольцах ро-
тора при этом способе гашения поля не воз-
никает. Однако относительно малая величина
активного сопротивления обмотки возбужде-
ния Re, при большом значении индуктивно-
сти Lty определяет большую величину постоян-
ной времени Г закороченного контура, опре-
деляемую соотношением
Г—-§*-. (VIII, 95)
Фиг. VIII,68. Принцип
гашения поля с введе-
нием сопротивления
в цепь возбуждения
возбудителя.
Фиг. VIII.69. Принцип га-
шения поля с введением
сопротивлений в главную
цепь возбуждения и цепь
возбуждения возбудителя.
• введении в цепь возбуждения возбудителя,
имеющего в горячем состоянии сопротивле-
ние гв, добавочного активного сопротивле-
ния г=(6-*-10)гв, э. д. с. возбудителя быстро
снижается^ Процесс гашения, однако, происхо-
дит медленно за счет небольшой величины ак-
тивного сопротивления в главной цепи возбуж-
дения, оставшегося после действия АГП неиз-
менным. В результате время гашения у мощных
генераторов может доходить до 60 сек. и более.
Величина остаточного напряжения Uzocm за
счет некоторого тока возбуждения, существую-
щего и после гашения, весьма велика и состав-
ляет 15-ЗОо/о£/гж?ле.
Данная схема является одной из наименее
совершенных. Однако ее осуществление весьма
просто. В частности в качестве, устройств, де-
шунтирующих сопротивления гв9 могут быть
использованы промежуточные рел'е, например,
типа ЭП-231 с параллельным соединением кон-
тактов. Поэтому схема допускается к приме-
нению только для генераторов с напряже-
нием 0,5 kV. При Uг «<ш = (3 ч-10,5) кV ее ис-
пользуют только при отсутствии более совер-
шенных для генераторов мощностью мень-
ше 1 MW.
293
Схема с введением сопротивлений в цепь возбуж-
дения возбудителя и цепь вобуждения генератора
(фиг. VIII, 69). Включение последовательно с обмоткой
возбуждения гененератора, имеющей в горячем состоянии
сопротивление Re, дополнительного активного сопротив-
ления R = (3-r 5) Re, сильно снижает постоянную време-
ни Т цепи возбуждения. Поэтому процесс гашения про-
исходит значительно быстрее, чем в схеме фиг. VIII, 68,
и /, = (6 -j- 8) сек.
Остаточное напряжение U20cm определяется в основ-
ном остаточным магнетизмом полюсов ротора, так как 1в
снижается до очень малой величины.
Aag^^^^bJlJl^,» ■■■«41
Фиг. VIII.70. Принцип
гашения поля с введе-
нием колебательного
контура в цепь якоря
возбудителя.
fnjuuir
л
Фиг. VIII,71. Принцип га-
шения поля посредством
переключения обмотки воз-
буждения на сопротивление
с последующим отсоедине-
нием от возбудителя.
В целом схема по своим показателям немногим усту-
пает наиболее совершенным из существующих устройств
и может использоваться также для генераторов большой
мощности и высокого напряжения большинства кон-
струкций (за исключением имеющих большие остаточные
напряжения у возбудителя). В качестве устройства для
дешунтирования сопротивлений Re и гв при отсутствии
контакторов может быть использован, например, нор-
мальный выключатель ВМ-б завода .Электроаппарат".
Схема с введением „колебательного" сопротивле-
ния в цепь якоря возбудителя (фиг. VIII, 70). Включе-
ние активного сопротивления R ^ (2 -f- 3) Re в цепь яко-
ря возбудителя приводит к тому, ч*то ток возбуждения *в,
продолжающий протекать под влиянием большой индук-
тивности Le, в основной своей части замкнется через об-
мотку возбуждения возбудителя и изменит его поляр-
ность. Изменение полярности возбудителя приведет к пе-
ремене направления тока возбуждения /в; в результате
этого магнитная энергия в цепи возбуждения будет
уменьшаться, перейдя через значение, равное нулю,
и начнет возрастать с противоположным знаком, но уже
до меньшей величины. Процесс, затухая, повторяется до
тех пор, пока не будет израсходован на тепло весь запас
магнитной энергии. После этого генератор и возбудитель
окажутся практически полностью размагниченными.
Достоинством данной схемы является относительно
небольшое время гашения поля tz при перенапряжениях
на кольцах ротора более низких, чем в схеме фиг. VIII, 69,'
за счет меньших величин сопротивлений, вводимых:
в цепь якоря возбудителя.
Недостатком схемы является необходимость восста-
новления остаточного поля возбудителя и имевшейся по-
лярности после срабатывания АГП. В схеме должна быть
также предусмотрена при работе АГП замена шунтового
реостата добавочным активным сопротивлением г, обес-
печивающим необходимые константы колебательного кон-
тура. Указанное усложняет осуществление устройства
и его эксплоатацию.
Поэтому схема с колебательным контуром примене-
ния для генераторов союзного производства не получила.
294
Схема с переключением обмотки возбуж-
дения на сопротивление (фиг. VIII, 71), Во из-
бежание возникновения недопустимых перена-
пряжений переключение происходит без раз-
рыва цепи возбуждения посредством специаль-
ного контактора. При этом наблюдается сле-
дующая очередность операций:
1) обмотка возбуждения замыкается на до-
полнительное сопротивление R;
2) производится ее отсоединение от.возбу-
дителя.
Фиг. VIII, 72. Протекание тока в цепи возбуждения при
действии АГП, выполненных по различным схемам:
а —. по схеме V111, 68; б — по схеме VIII, 71; в — по схеме VIII» 70.
Остаточное напряжение U20Cm определяется
только остаточным магнетизмом полюсов ро-
тора генератора, так как возбудитель после
действия гасительного устройства отключается.
Его величина обычно не превосходит 150 V.
Время гашения поля зависит от величины при-
меняемого сопротивления R и примерно совпа-
дает с временем гашения при использовании
схемы фиг. VIII, 69, т. е. для случая холостого
хода генератора tz ^ (б-ь-8) сек.
Сравнительная картина протекания гашения
поля по данной схеме и схемам, рассмотренным
ранее, для одного частного случая приведена
на фиг. VIII, 72.
Рассматриваемый способ гашения поля по-
лучил в Союзе широкое распространение.
В целях ускорения процесса гашения поля
величина R должна выбираться максимальной
в пределах допустимых перенапряжений. Ра-
счетная его величина определяется допусти-
мой величиной пика перенапряжения на коль-
цах ротора при действии АГП. По нормам ВЭС
испытательное напряжение Uucn обмотки воз-
буждения генератора равно Uucn — 10 UHOm, при-
чем 2000<f/ttC/2<3 500V.
Обычно для запаса выбирают расчетное
значение ивтлх несколько меньшим, т. е.
Uemax = kHUucn, где **<1. Добавочное сопро-
тивление к = -
'вшах
1в max
лежит в пределах R = (3 -*- 5) /?в.
Его величина обычно
Расчетный ток в цепи возбуждения 1втлх вы-
бирается с учетом наихудших условий, что
имеет место в случае трехфазного замыкания
на зажимах генератора, когда на постоянный
ток накладывается еще слагающая-тока неста-
ционарного режима.
Схема гасительного устройства, поставляе-
мого ХЭМЗ, для генераторов с током возбуж-
дения до 800 А приведена на фиг. VIII, 73.
Vfa выключен
генератора -.^
4
От защиты
Фиг. VIII, 73. Схема с переключением об-
мотки возбуждения на сопротивление
в выполнении ХЭМЗ для генераторов
с током возбуждения до 800 А.
Устройство состоит из: гасительного сопро-
тивления /, контактора 2 с защелкой 3, проме-
жуточного реле 4 с замыкающим контактом,
переключателя управления 5 и действует в
следующем порядке.
1. Включение устройства. Включе-
ние устройства производится с помощью пере-
ключателя управления 5. При нажатии кнопки
„включено" ток проходит через обмотку кон-
тактора 2, который включается, замыкая кон-
тактом а цепь возбуждения генератора и затем
размыкая контактом Ъ цепь гасительного со-
противления /. При включении контактора 2
якорь защелки 3 под влиянием собственного
веса падает, размыкая свой верхний контакт
и замыкая нижний. Ток в обмотке контактора 2
исчезает, однако запертый защелкой 3 контак-
тор остается во включенном положении.
2. Отключение устройства. Отклю-
чение устройства производится переключате-
лем управления 5, от руки или от реле защиты
данного генератора. При: нажатии кнопки пе-
реключателя 5 „отключено* или при действии
релейной защиты генератора срабатывает про-
межуточное реле 4, замыкая цепь обмотки за-
щелки 3 и через ее верхний замкнутый кон-
такт цепь обмотки контактора 2. Последний
ори этом несколько притягивается, ослабляя
давление на защелку 3. Якорь защелки 3 под
действием своей обмотки втягивается, размы-
кая нижнюю пару своих контактов и замыкая
верхнюю.
Обмотка контактора 2 лишается питания,
и он отключается. При этом сначала замыкает-
ся контакт Ь, включая обмотку возбуждения
генератора на разрядное сопротивление, после
чего замыкается контакт а, отсоединяя об-
мотку возбуждения от одного полюса возбу-
дителя,
На процесс гашения оказывает влияние ре-
дким работы генератора, предшествующий дей-
ствию автомата, При работе генератора с до-
статочно большой индуктивной нагрузкой для
компенсации реакции якоря трёбуётея зна-
чительное повышение тока возбуждения, &
это приводит при гашении поля к увеличению
пика перенапряжения на кольцах ротора.
При междуфазном замыкании под влиянием
реакции якоря уменьшается потокосцепление
с обмоткой возбуждения, или, что то же самое,
уменьшаются их результирующие индук-
тивности и это приводит к ускорению процес-
са гашения поля.
Таким образом при коротком замыкании
и отсутствии у генератора быстродействующих
регуляторов напряжения время гашения умень-
шается.
Однако целый ряд внутренних повреждений
более близок к условиям холостого хода гене-
ратора, что требует учета времени гашения
поля именно в этих условиях [Л. 16; Л. 17].
Рассмотренная схема автомата гашения по-
ля может быть применена к генераторам лю-
бой мощности.
При возбуждении от общих шин или нали-
чии резервного возбудителя рассматриваемая
схема применяется не с однополюсным, а с
двойным разрывом цепи возбуждения генера-
тора. Он также желателен с точки зрения лик-
видации повреждения при замыкании на землю
в двух точках цепи возбуждения.
20. ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Назначение. Практика показывает, что ряд
аварий в обмотках генераторов сопровождается
пожарами. Причиной пожаров является дуга
в месте замыкания, которая при достаточном
остаточном напряжении способна существовать
даже после отключения генератора от шин.
Степень разрушений в генераторе в значи-
тельной мере зависит от продолжительности
пожара. Размер повреждения и стоимость вос-
становления генератора после аварии часто не
столько зависят от характера первоначального
повреждения, сколько от быстроты ликвидации
возникшего повреждения и от разрушитель-
ных последствий длительно продолжавшегося
пожара.
295
Чтобы ограничить размер пожара и сокра-
тить его длительность, стремятся или совер-
шенно прекратить или максимально снизить
доступ кислорода к месту повреждения. С этой
целью в момент повреждения прекращают до-
ступ добавочного воздуха в систему охлажде-
ния генератора и вводят в действие специаль-
ные противопожарные устройства.
Для тушения пожара в генераторах приме-
няются инертные газы (обычно углекисло-
V///M//7L
чтобы во все время выб о га генератора концентрация уг-
лекислоты поддерживалась равной примерно 30 — 40%.
При действии защит генератора от внутренних по-
вреждений углекислотная установка работает в следую-
щем порядке:
1) действует электромагнит 9, расцепляя рычажную
. систему 8;
2) груз 16 системы, падая, открывает одновременно
вентили 17 на трубопроводах 13 и 15, подготовляя их
для подачи углекислоты в поврежденный генератор;
3) одновременно контактом 18 системы замыкается
цепь, подающая напряжения на электромагнит 5 мгновен-
ного выпуска и мотор 19 замедленного впуска;
4) действует электромагнит 5, расцепляя рычажную
систему 20;
SYY/Y/S//////////
0^с^^~1~^ " ~
мина пара л Соединение щ8ерты8аемое
^-вручную при включении
Фиг. VIII.74. Подвод мятого пара
тушения пожара в генераторе.
та С02), а также мятый пар, впускае-
мый в обычно замкнутую систему
циркуляции охлаждающего воздуха.
Применение пара (фиг. VIII, 74)
имеет тот недостаток, что он обус-
ловливает проникновение значитель-
ного количества влаги в изоляцию
обмоток и необходимость в связи
с этим их тщательной просушки
после ремонта поврежденного генератора,
[Л. 18].
Поэтому впуск пара производится только
вручную дежурным персоналом, а не автома-
тически от защит. При нормальной работе
должна быть исключена возможность проник-
новения пара через неплотности задвижек.
Тушение пожара помощью инертных газов
является более совершенным способом, так
как инертные газы не оказывают на изоляцию
обмоток генератора вредного влияния.
Углекислотная установка для тушения пожара
в генераторах [Л. 19]. Установка (фиг. VIII, 75) состоит
из батареи стальных баллонов 2 и 3, наполненных жидкой
углекислотой, находящейся под давлением в несколько
десятков атмосфер.
Эта батарея смонтирована на площадке 10 контроль-
ных весов, которые предназначены для контроля за от-
сутствием утечки углекислоты из баллонов. Баллоны ба-
тареи разделены на две группы 2 и 3.
Группа * предназначается для мгновенного выпуска
углекислоты в ге/.ератор через коллектор 12, общий для
всех генераторов и трубопровод 13 данного генератора.
Вторая группа 3 предназначается для постепенного до-
бавочного впуска кислоты в генератор, путем поочеред-
ного открытия баллонов, рассчитанного таким образом,
296
Qmpytm
Фиг. VIII, 75. Принципиальная схема углекислотной уста-
новки для тушения пожара.
б) рычажные системы 4 баллонов мгновенного пуска 2
с помощью грузов 4 открывают их; углекислота в виде
газа направляется по коллектору 12 и трубопроводу 13
в генератор;
6) мотор 19 с механическим редуктором числа оборо-
тов 6 медленно поворачивает валик с насаженными на
него под разными углами кулачками 21;
7) кулачки 21 поочередно освобождают рычажные
системы 4 баллонов 3, постепенно впуская углекислоту;
добавочные порции углекислоты в виде газа направляют-
ся по коллектору 14 и трубопроводу 15 в генератор.
Углекислотная установка может быть дистанционно
приведена в действие от руки дежурным персо-
налом машинного зала, если он заметит появление из ге-
нератора дыма' или огня.
Контрольные весы 10 установки снабжены сигналь-
ными контактами И, обусловливающими работу звуковой
и световой сигнализации станции при уменьшении веса,
баллонов, например, вследствие утечки из них угле-
кислоты.
Рассмотренное устройство рекомендуется к установ-
ке на мощных турбогенераторах и на гидрогенераторах,
имеющих замкнутую циркуляцию охлаждающего воз-
духа.
Необходимо отметить, чно углекислотные установки
могут быть выполнены и с одновременным их использо-
ванием для тушения пожаров в других возможных оча-
гах их на станции.
21. ПРИМЕР ПОЛНОЙ СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА
МОЩНОСТЬЮ 12 MW, НАПРЯЖЕНИЕМ 6,3 kV, РАБО-
ТАЮЩЕГО НЕПОСРЕДСТВЕННО НА ШИНЫ
(фиг. VIII,76)
Для генератора предусмотрены следующие
виды защит и дополнительных устройств:
1) защита от сверхтоков;
2) диференциальная токовая продольная за-
щита;
o2-10kV
главного и нулевого выключателей и автомат
гашения поля.
Необходимость действия максимальной то*
ковой защиты на автомат гашения поля обу-
словливается:
1) тем, что рассматриваемая защита явля-
ется резервом к защите генератора от внут-
ренних многофазных замыканий;
2) тем, что только она действует при мно-
гофазных замыканиях, лежащих в зоне между
от АГ.П.
3) защита максимальной мощности нулевой
последовательности;
4) автоматическое устройство для гашения
магнитного поля;
5) устройство для тушения пожара.
Защита выполнена на оборудовании ХЭМЗ.
Защита от сверхтоков. Основным значе-
нием защиты является защита генератора от
сверхтоков, обусловленных внешними замыка-
ниями, а также перегрузкой. Кроме того за-
щита от,сверхтоков является резервом к ос-
новной защите генератора от междуфазных
замыканий. Защита генератора от внешних за-
мыканий осуществлена как защита минималь-
ного напряжения с токовой блокировкой (реле
9, 70, 11 и 12). Через выходное промежуточ-
ное реле 16 защита действует на отключение
к АГ.П.
Фиг. VIII, 76. Пример выпол-
нения полной схемы защиты
генератора мощностью 12 MW,
напряжением 6,3 kV, работаю-
щего непосредственно на шины
генераторного напряжения.
7,2— трансформаторы тока с я =-
1500 * v v m
явя—ё~~ за исключением сердечника
для защиты от замыканий на землю,
имеющего пт — ——; 3 —трансфор-
матор напряжения пятишенкельный;
4 — сопротивление заземляющее СЗ;
5 — трансформатор напряжения одно-
фазный сяй= —=.1 0,1, при отсут-
ствии его устанавливается с пн =
=3/0,1; присоединяемый к отпайке на
сопротивлении 4\ 6 — сопротивление
до&авочное ВУ-56; 7 — сопротивление
добавочное ВУ-59/2; 8 — реле макси-
мального тока ЭТ-61; 9 — реле макси-
мального тока ЭТ-61; 10 — реле мини-
мального напряжения ЭН-69; 11—реле
промежуточное ЭП-401; 12 — реле
времени ЭВ-182; 13 — сопротивление
добавочное ВУ-52; 14— реле максималь-
ной мощности ИМБ-163 или ИМ-143;
15 -*- реле промежуточное ЭП-401
16—реле промежуточное ЭП-231
77—блинкерЭС-91; 18—кнопка КУ-146!
внешними трансформаторами тока диферен-
циальной токовой защиты и главным выключа-
телем;
3) нежелательностью длительного повыше-
ния напряжения на генераторе при автомати-
ческом отключении его ог системы, сопровож-
давшимся сбросом нагрузки.
Действие защиты на нулевой выключатель
вызвано желанием не устанавливать второго
выходного промежуточного реле, необходи-
мого в этом случае для отделения от защит,
действующих на этот выключатель.
Защита генератора от перегрузок осущест-
влена посредством максимальной токовой за-
щиты, ■ установленной в одной фазе (реле 9) »
действующей на сигнал.
297
Диференциальная токовая продольная за-
щита. Назначением диференциальной токовой
защиты (реле 8) является защита обмотки ге-
нератора от многофазных замыканий.
Через выходное промежуточное реле за-
щита действует на отключение главного и
нулевого выключателей и автомат гашения
поля.
Желательность действия диференциальной
токовой защиты на нулевой выключатель обу-
словливается назначением защиты действовать
при двойных и двухфазных замыканиях на'
землю, при которых через заземляющее сопро-
тивление протекает ток замыкания на землю,
обусловливающий соответствующее выжигание
стали статора.
Защита максимальной мощности нулевой
последовательности. Основным назначением
защиты является защита генератора от одно-
фазных замыканий на землю (реле 14).
1. НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ
В современных электрических установках
трансформатор является весьма ответственным
и ценным элементом системы.
Конструкция трансформатора отличается
простотой и надежностью в эксплоатации, но,
как показывает практика, этим не исключается
возможность возникновения целого ряда по-
вреждений и ненормальных режимов в его
работе.
В трансформаторе могут быть следующие
виды электрических повреждений:
1) трехфазные замыкания; 2) двухфазные
замыкания; 3) однофазные замыкания: а) замы-
кания одной фазы на землю, б) замыкания меж-
ду витками одной фазы; 4) замыкания между
обмотками разного напряжения; 5) разрыв це-
пи; 6) пожар железа сердечника.
Основными ненормальными режимами рабо-
ты для трансформатора являются:
1) возникновение сверхтоков; 2) повышение
температуры сверх установленного значения;
3) понижение уровня масла; 4) попадание воз-
духа в масло.
Для обеспечения бесперебойной работы
системы и одновременного ограничения послед-
ствий повреждений и ненормальных режимов
работы для каждого трансформатора устанав-
ливают специальные защитные устройства.
При повреждении в трансформаторе защита
должна производить отключение всех выклю-
чателей, ^ерез которые может поступать пи-
тание.
Защита работает на активном токе замыкания
на землю, созданном посредством заземления
нулевой точки генератора через активное со-
противление, рассчитанное на длительный ток.
Для предотвращения неселективного дейст-
вия защиты при сверхтоках, сопровождающихся
замыканием на землю в системе генераторного
напряжения, защита автоматически выводится
из действия на время существования сверхто-*
ков посредством токовых реле 9 защиты ми-
нимального напряжения и быстродействующего
промежуточного реле 15 с двумя нормально
замкнутыми контактами.
Через выходное промежуточное реле, об-
щее с диференциальной токовой защитой, рас-
сматриваемая схема действует на ^отключение
главного и нулевого выключателей и на авто-
мат гашения поля.
Защита от пожара в генераторе осущест-
вляется подводом к нему вручную мятого пара.
При ненормальном режиме в зависимости
от его опасности производится отключение
трансформатора или подается сигнал обслужи-
вающему персоналу (на подстанциях, имеющих
дежурный персонал).
Основными видами защитных устройств для
силовых трансформаторов служат:
1) максимальная токовая защита как защита
от сверхтоков и внутренних многофазных за-
мыканий;
2) продольная диференциальная токовая за-
щита от замыканий в трансформаторе, на вы-
водных втулках и в проводах, соединяющих
трансформатор с шинами;
3) газовая защита от всех повреждений,
возникающих внутри кожуха трансформатора,
сопровождающихся выделением газа, а также
от некоторых ненормальных режимов (пониже-
ние уровня масла и попадание в него воздуха);
4) защита максимального тока или макси-
мальной мощности нулевой последовательно-
сти от однофазных замыканий на землю.
2. ПЕРЕГРУЗКА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Вопрос о допустимых перегрузках транс-
форматоров сверх номинальной их мощности
является одним из весьма важных в их эксплоа-
тации.
За номинальную мощность трансформатора,
указанную на его щитке, принимается та мощ-
ность, которую трансформатор способен не-
прерывно отдавать в течение срока службы
примерно в 16 лет, работая в естественных
ГЛАВА IX
ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
29S
условиях изменяющейся температуры окру-
жающей среды, при максимальной температуре
окружающего воздуха в 35 °С.
В районах, где предельная максимальная
температура окружающею воздуха в течение
года может достигать значений, отличных от
35°, номинальная мощность трансформатора,
указанная на его щитке, должна быть изме-
нена.
Измененная номинальная мощность Ризм
трансформатора в тех районах, где среднего-
довая температура воздуха 6, отличается от
-f-5 °С (примерно соответствует климатическим
районам с наивысшей температурой -|- 35 °С),
больше чем на 2° в сторону повышения или
понижения может быть с достаточной для
практики точностью определена по следующимч
формулам:
Если 6С>5С
^u3mz==^hom M loQ I- V&A)
Если 0,<5°
*азм === *.ном I * "1 Гбб~~ I* U^,J)
Номинальная нагрузка трансформатора не
может поддерживаться постоянно, так как
существуют суточные и годовые колебания
нагрузки потребителя.
Поэтому если трансформатор в процессе
эксплоатации никогда не будет перегружаться,
его срок службы при естественных условиях
изменения нагрузки может без надобности воз-
расти до многих десятков лет.
В связи с этим трансформатор допустимо
систематически кратковременно перегружать
без уменьшения его срока службы примерно
в 16 лет.
Перегрузка 7может производиться за счет
суточных изменений графика (примерно на 3%
на каждые 10% снижения коэфициента за-
полнения графика против 100%) и за счет го-
довых колебаний нагрузки (при условии, если
летом максимальная нагрузка трансформатора
не превышалаГВО—85% номинальной мощности,
то зимой допустима перегрузка примерно в 1 %
на каждый 1° снижения температуры окружаю-
щего воздуха ниже 15° и до 0°).
В итоге, в результате использования обоих
указанных правил трансформаторы допустимо
перегружать сверх номинальной .мощности при-
мерно на 30—40%. Частые перегрузки транс-
форматора сверх допустимых величин могут
резко снизить нормальный срок его службы
за счет ускоренного старения изоляции его
обмоток [Л. 1].
При правильной эксплоатации трансформа-
тора недопустимые перегрузки могут возникать
только в аварийных случаях.
Внезапное, например, отключение части ге-
нерирующей мощности системы параллельно
работающего трансформатора или линии может
послужить причиной чрезмерной загрузки
трансформатора, далеко превосходящей его
номинальную мощность.
Для трансформаторов производства МТЗ в
аварийных случаях допускают [Л. 2] кратковре-
менную перегрузку сверх номинальной мощ-
ности в пределах, указанных в табл. 1Х,1.
Таблица 1XJ
Величина пере-
грузки
Допустимое время
60%
Не более
45 мин.
750/с
Не более
20 миш
100%
Не более
10 мин.
Таким образом при аварийной перегрузке
трансформатора даже на 100% нет необходи-
мости производить немедленное его отключе-
ние, так как температура обмоток за проме-
жуток времени до 10 мин. не успевает пре-
взойти крайнего допустимого значения. За
указанные же в табл. 1Х,1 промежутки вре-
мени трансформатор может быть разгружен
обслуживающим персоналом.
Однако чем быстрее будет обнаружена н
снята перегрузка, тем меньшая опасность будет
угрожать изоляции обмоток трансформатора
в смысле чрезмерного ее перегрева.
Мерой перегрузки трансформатора может
служить ток в его обмотках. Поэтому в каче-
стве защиты от перегрузок обычно применяют
максимальную токовую защиту, действующую
на сигнал дежурному персоналу или непосред-
ственно на автоматическое отключение транс-
форматора, если он установлен в необслужи-
ваемом помещении.
3. СКВОЗНЫЕ КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ
При замыканиях во внешней сети ток в
обмотках трансформатора может намного пре-
восходить номинальный.
Максимальные значения токов сквозного
короткого замыкания для трансформаторов,
работающих в системе " большой мощности, в
предельном случае определяются реактансами
трансформаторов и могут достигать (10-:-20)
'ном*
Для трансформатора токи сквозного корот-
кого замыкания представляют большую опас-
ность, в особенности с точки зрения их те-
плового действия (повреждение изоляции и
мест паек обмоток).
Учитывая опасность токов сквозного корот-
кого замыкания, на трансформаторах устанав-
299
ливают специальные защитные устройства,
действующие на отключение.
В качестве наиболее распространенных за-
щит трансформаторов от сверхтоков, обуслов-
ленных перегрузками и сквозными замыканиями,
в настоящее время применяют:
1) максимальную токовую защиту;
2) защиту минимального напряжения с то-
ковой блокировкой.
4. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ДВУХОБ МО-
ТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
В зависимости от мощности и условий ра-
боты защищаемых трансформаторов схемы мак-
симальной токовой защиты могут существенно
отличаться друг от друга. *
Если трансформатор по условиям своей
работы может иметь значительные перегрузки,
то помимо максимальной токовой защиты, дей-
ствующей на отключение трансформатора при
сквозных коротких замыканиях, устанавливают
еще максимальную токовую защиту, действую-
щую на сигнал при перегрузке.
Максимальная токовая защита от перегру-
зок, действующая на сигнал, естественно уста-
навливается только в тех случаях, когда защи-
щаемый трансформатор работает под постоян-
ным наблюдением обслуживающего персонала.
Принципиальная схема максимальной токо-
вой защиты двухобмоточного трансформатора
с односторонним питанием представлена на
фиг. IX, 1. Для защиты трансформатора от
перегрузки служит максимальное токовое реле
мгновенного действия 7, установленное в од-
ной фазе.
Ток трогания реле
ка пт
гДе /«^ — номинальный ток трансформатора;
kH = l,05 — коэфициент надежности. Так как
реле действует только на сигнал, то kH выби-
рается по минимальному его значению, учиты-
вающему только неточность работы реле; коэ-
фициент возврата реле ke ^ 0,85.
Практически ток трогания выбирается по-
этому в пределах
km-(l,2-M,25)%*. (IX, 4)
При работе реле / подается импульс на реле
времени 2, которое через определенное, зара-
нее заданное время подает сигнал о наступив-
шей перегрузке. Выдержка времени устанавли-
вается в соответствии с условием селективно-
сти такой, чтобы предотвратить .действие
сигнализации при сквозных коротких замыка-
ниях, т. е.
*-*«.« +А*, (IX, 5)
300
где 4ia* — максимальная выдержка времени за-
щиты ближайшего по раправлению к потреби-
телю элемента системы.
Реле времени 2, применяемое в схеме, дол-
жно быть рассчитано на длительный ток, как,
например, реле ХЭМЗ типа ЭВ-184. При объ-
единенном сигнале, т. е. когда сигнальное уст-
ройство обслуживает, например, несколько ком-
плектов защит, необходимость установки реле
времени 2 для каждого трансформатора отпа-
дает.
Защита трансфррматора от сквозных ко-
ротких замыканий осуществляется согласно
фиг. IX, 1 посредством реле 3, присоединен-
Фиг. 1Х,1. Схема максимальной токовой защиты двух-
обмоточного трансформатора с односторонним питанием.
ных к трансформаторам тока, включенным в
качестве примера по схеме полной звезды.
Ток трогания реле при этом
^=тв'1%> Ох, 6)
где kH выбирается уже больше, чем при защите
от перегрузки.
При работе на подстанции одного транс-
форматора и при учете существующих реле
обычно принимают &„ = 1,15-*- 1,25, а
*,.*~(l,3-i-l,5)4f*. (IX, 7)
Указанные величины ip, m являются только
ориентировочными и в каждом случае уточня-
ются в соответствии с условиями работы транс-
форматора. Так, например, для трансформато-
ров, обслуживающих потребителей с моторной
нагрузкой, допускают в ряде случаев значи-
тельно большие значения ip. m, стремясь учесть
возможность значительной перегрузки транс-
форматора при восстановлении напряжения
после отключения внешнего короткого замыка-
ния. *
Если на подстанции несколько параллельно
работающих трансформаторов, то iP.m выби-
рается с таким расчетом, чтобы при выходе из
работы части .трансформаторов оставшиеся
трансформаторы не отключались вследствие их
перегрузки. Разгрузку их должен произвести
дежурный персонал по получении сигнала.
В таком случае
'*«-£-^г55. <1Х>8>
где kH и ke — те же, что и в (IX, 6), 1рабтах —
максимальный рабочий ток в первичных об-
мотках трансформаторов тока максимальной
токовой защиты при отключении части парал-
лельно работающих трансформаторов.
В тех случаях, когда /рабтах защищаемого
трансформатора определить трудно, ip.m мак-
симальной токовой защиты трансформатора
можно выбирать согласно «Руководящим ука-
заниям по релейной защите» [Л. 3], пользуясь
следующим выражением:
где т — минимальное число параллельно ра-
ботающих трансформаторов при учитываемом
режиме.
При этом имеется в виду, что учитываемые
в расчете трансформаторы однотипны и одина-
ковы по своей мощности.
При параллельной работе трансформаторов
различной мощности учитывается возможная
перегрузка оставшихся в работе трансформа-
торов при выходе из работы также наиболее
мощного трансформатора.
Комплект защиты трансформатора от сверх-
токов устанавливается со стороны питания. При
таком включении максимальная токовая защита
приходит в действие не только при сверхтоках,
обусловленных сквозным коротким замыканием,
но и при замыканиях в обмотках трансформа-
тора, если ток повреждения окажется больше
ip.m* В этом случае она может быть также
использована как основная или резервная за-
щита от внутренних повреждений трансформа-
торов.
Максимальная токовая защита мощных транс-
форматоров обычно выполняется трехфазной.
Вторичные обмотки трансформаторов тока и
реле соединяются при этом в схему полной
звезды, а на понижающих трансформаторах,
в системах с большими токами замыкания на
землю, иногда в схему неполной звезды с до-
бавлением третьего реле, включаемого на
фильтр токов нулевой последовательности.
При непосредственном заземлении а нулевой
точки защищаемого понижающего трансформа-
тора используют и соединение трансформато-
ров тока в треугольник (см. гл. II, § 11).
Фиг. IX, 2. Упрощенная схема максимальной токовой за-
щиты трансформатора нэбольшой мощности, имеющего
соединение обмоток звезда-треугольник.
В системах с малыми токами замыкания на
землю по экономическим соображениям широ-
ко используются и схемы защиты в двухфазном
выполнении. К повышающим трансформаторам
значительной мощности такие схемы приме-
нять, однако, не всегда желательно, вследствие
их меньшей чувствительности (при двухфазном
замыкании за трансформатором, имеющим со-
единение обмоток звезда-треугольник в одной
фазе, протекает полный ток повреждения, а
в двух других — только половина его значения,
см., например, фиг. IX, 8).
Необходимо также. отметить, что схема
включения одного реле на разность токов двух
фаз применима только для трансформаторов
с соединением обмоток звезда-звезда (гл. II,
§ 1J).
Односистемная схема для трансформаторов
с соединением обмоток звезда-треугольник мо-
жет быть осуществлена только с реле ЭТ-60
ХЭМЗ при специальном включении его обмо-
ток (гл. VII).
Упрощенные схемы максимальной токовой
защиты, как правило, применяются для защиты
понижающих трансформаторов относительно
небольшой мощности с высшим напряжением
<35 kV (см., например, фиг. IX, 2). Максималь-
ная токовая защита, установленная со стороны
питания, в данном случае обычно является
основной защитой трансформатора как от внеш-
301
них замыканий, так и от замыканий в обмотках
трансформатора и на его выводах. Для обес-
печения быстрого отключения поврежденного
трансформатора защита дополняется токовой
отсечкой (гл. II, § 7), особенности которой при-
менительно к рассматриваемому случаю при-
ведены ниже.
На трансформаторах мощностью примерно
до 1 000 kVA максимальная токовая защита яв-
ляется единственной защитой от всех видов,
повреждений. Для трансформаторов большей
мощности наряду с максимальной токовой за-
щитой устанавливаются еще и другие спе-
циальные защиты. При этом следует учитывать,
что максимальная токовая защита при боль-
шинстве повреждений не может обеспечить
селективного отключения одного из парал-
лельно работающих на шины трансформаторов.
Нормальная максимальная токовая защита
по условиям селективности действует на от-
ключение трансформатора не мгновенно, а с
выдержкой времени. Действие защиты может
быть связано с отключением трансформатора:
1) только со стороны потребителя; 2> только
со стороны питания; 3) одновременно с двух
сторон; 4) каскадным, т. е. в первую очередь
со стороны потребителя, и только потом в
случае необходимости и со стороны питания.
Максимальная токовая защита трансформа-
тора с одной выдержкой времени, действую-
щая только на отключение выключателя со
стороны потребителя, не дает удовлетвори-
тельного решения, так как не отключает
трансформатора при внутреннем повреждении
со стороны питания. Защита с одной выдерж-
кой времени, действующая на отключение
выключателя только со стороны питания или
на одновременное отключение трансформатора
с двух сторон, хотя и позволяет при любом
повреждении отключать трансформатор от ис-
точника питания, однако в свою очередь имеет
некоторые недостатки; у обслуживающего пер-
сонала не создается ясного представления о том,
произошло ли отключение трансформатора
вследствие появления ч:верхтоков или вслед-
ствие внутреннего повреждения трансформа-
тора. Чтобы включить трансформатор вновь
в работу, необходимо убедиться в его исправ-
ности. Это требует времени и ведет к излиш-
нему простою трансформатора. Более целесо-
образным в этом отношении является каскадное
действие максимальной токовой защиты, схема
которой приведена на фиг. IX, 1.
При действии защиты контакты реле 3 за-
мыкаются, подавая питание на реле времени
4 и 5. Выдержка времени реле 4 выбирается
меньше выдержки времени реле 5. Поэтому
при действии защиты в первую очередь отклю-
чается выключатель 1 с приемной стороны
и только через ступень Д£ может при соот-
302
ветствующих условиях отключиться выключа-
тель // со стороны питания.
Если при наличии сквозного короткого за-
мыкания трансформатор и отключится с прием-
ной стороны, то вследствие сохранившейся
связи его с источником питания он остается
под напряжением и может быть быстро вклю-
чен обратно, минуя длительную проверку его
исправности, необходимую при отсутствии
напряжения.
Выдержка времени реле 4 выбирается со-
гласно (IX, 5). При повреждении в самом транс-
форматоре в первую очередь в результате
действия реле 4 отключается также выклю-
чатель 1 с приемной стороны. Но так как при
этом питание места повреждения не прекра-
щается, то через М уже в результате дейст-
вия реле 5 трансформатор отключится и со
стороны питания.
Выдержка времени для реле 5 выбирается
на ступень больше выдержки реле 4:
t. = t, + M. (1Х,10)
Защита с двумя выдержками имеет значение
также в тех случаях, когда необходимо осу-
ществлять автоматическое включение резервных
трансформаторов и желательно автоматически
различать повреждения на шинах от повреж-
дений в трансформаторе, чтобы не включить
резервный трансформатор на короткое замы-
кание.
Несмотря на перечисленные эксплоатацион-
ные удобства, максимальная токовая защита
с двумя выдержками времени в ряде случаев
может оказаться все же неприемлемой. Основ-
ными препятствиями к ее применению могут
служить дополнительное повышение выдержки
времени защиты сети и усложнение самой за-
щиты трансформатора. Защита может оказать-
ся непригодной, например, применительно к
трансформаторам, для которых она должна
служить защитой от внутренних замыканий.
В таких случаях защита обычно выполняется
с одной выдержкой времени и отсечкой (на-
пример, с применением реле ИТ-81 ХЭМЗ).
В последнее время считается также допу-
стимым не разделять отключений при повреж-
дениях на шинах и внутри рабочего трансфор-
матора при осуществлении автоматического
включения резервного трансформатора.
Схема Ьдной из таких защит приведена на
фиг. IX, 2, где реле времени подает импульс на
одновременное отключение обоих выключа-
телей. Необходимо отметить, что в практиче-
ских условиях в схеме по фиг. 1Х,1 часто не
устанавливают двух отдельных реле времени
(4 и 5), а используют одно реле с двумя вы-
держками времени (реле /, фиг. IX, 3). В качестве
таких реле могут служить реле времени ХЭМЗ
типа ЭВ-186-187. Так как один из'контактов таких
реле скользящий, то для надежного отключе-
ния выключателя в цепи этого контакта при-
меняется выходное промежуточное реле 2,
включенное по схеме на прилипание.
Я'выключателю!
И выключателю]!
через пром+реле
Фиг. IX, 3. Схема с одним реле
времени, дающим две выдерж-
ки времени.
Основным преимуществом максимальной та-
ковой защиты является ее простота. Недоста-
ток ее как защиты трансформатора от сквоз-
ных коротких замыканий, действующей на от-
ключение, заключается в том, что она часто
не способна без значительного загрубления
надежно отличать внешние короткие замыка-
ния от перегрузок и может отключать транс-
форматор в тех случаях, когда по условиям
нагрева его обмоток в этом нет прямой необ-
ходимости.
Для того чтобы защита отличала внешние
короткие замыкания от перегрузок, необходимо
ее в ряде случаев значительно загрублять.
При относительно мощных трансформаторах
ip.m может оказаться чрезмерно большим, и
защита будет нечувствительна к целому ряду
замыканий с малым током повреждения. Чтобы
повысить чувствительность защиты при ко-
ротком замыкании, иногда применяют защиту
минимального напряжения с токовой блокиров-
кой, подобную устанавливаемой на генера-
торах.
5. ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
С ТОКОВОЙ БЛОКИРОВКОЙ
Схема защиты приведена на фиг. IX, 4 и состоит из»
трех однофазных реле минимального напряжения типа
ЭН-60, к которым подводятся обычно линейные напряже-
ния от трансформаторов напряжения питаемой стороны.
При перегрузке контакты реле напряжения остаются
разомкнутыми и защита не приходит в действие. При
коротком замыкании напряжение понижается. Реле мини-
мального напряжения замыкают импульс на питание об-
моток реле времени.
Напряжение трогания реле 1 выбирается с учетом
минимально возможного эксплоатационного напряжения
U ф ------ .
раб пип
и коэфициентов kH и ke
ираб min
Up.m= "*"*™т . (IX, П)
кн кв
Принимая ираб min = 0f85 — 0,9 ином и полагая kH =
=1,1, &в=1,1—1,15, получаем напряжение трогания tip. m ~
- 0,7 ином.
На сигнал
На сигнал
Питание \ ""
Фиг. 1Х,4. Схема защиты '*■ минимального напряжения
с токовой блокировкой.
Защиту от внешних замыканий можно осуществить
только с реле минимального напряжения, но вследствие
возможности неправильного действия защиты при пере-
горании предохранителей и неисправности в цепи напря-
жения или при медленном восстановлении напряжения
после отключения внешнего короткого замыкания, дейст-
вие защиты блокируется через контакты токовых реле 2,
причем для них выбирают
Ip. m —
ku
-.(IX, 12)
kUA
Фиг. IX, 5. бекторные
диаграммы напряжений
при металлическом за-
мыкании между двумя
фазами на вторичной
стороне трансформатора
с соединением обмоток
треугольник-звезда.
а — на стороне звезды; б—на
стороне треугольника.
и,
'ас
Ut
'В
и,
'Ьй
и.
'сЬ
Ч =0.5иА=0.5иф
UbaLUcb=OJl/ac =
б'
Величина выдержек времени определяется точно так
же, как и при максимальной токовой защите.
Исчезновение напряжения в цепи реле 1 контроли-
руется сигнальным устройством.
В качестве защиты от перегрузок в одной из фаз
установлено максимальное токовое реле 3 с действием
на сигнал. Ток трогания и выдержка времени защиты ог
перегрузок определяются согласно (IX, 4) и (X, 5).
303
Чтобы защита была более чувствительной к внешним
коротким замыканиям, реле 7, как отмечалось выше, пи-
таются обычно от трансформаторов напряжения, уста-
новленных на шинах питаемой стороны подстанции. Это
имеет, однако, тот недостаток, что при отключении транс-
форматора от этих шин посредством реле 4 с меньшей
выдержкой времени при его внутреннем повреждении
защита может перестать действовать. Этот недостаток
устраняется, если трансформатор отключается одновремен-
но с обеих сторон.
При питании реле минимального напряжения с пер-
зичной стороны (со стороны питания силового трансфор-
ABC
Фнг. IX, 6. Схема присоединения реле на фазное напря-
жение по отношению к нулевой точке системы.
матора) указанного недостатка защита также не имеет.
Однако чувствительность защиты к сквозным коротким
замыканиям при такой схеме снизится. Защита минималь-
ного напряжения должна действовать при сквозных ко-
ротких замыканиях и устанавливается, как правило, на
трансформаторах, защищаемых от внутренних замыканий
специальными достаточно надежными диференцйальной и
тазовой защитами; поэтому степень чувствительности за-
щиты к замыканиям на вторичной стороне имеет весьма
существенное значение.
Для защиты минимального напряжения, питающейся
с первичной стороны трансформатора, особое внимание
должно быть уделено схеме присоединения реле /. Если
реле присоединить на линейное напряжение, то при
двухфазном замыкании на стороне вторичного напряжения
защита может не подействовать.
На фиг. IX, 5а приведена векторная диаграмма на-
пряжений для случая металлического замыкания между
двумя фазами на вторичной стороне трансформатора,
обмотки которого соединены по схеме треугольник-звезда.
Напряжения на стороне треугольника, т. е. с первич-
ной стороны, соответствуют при этом, пренебрегая паде-
нием напряжения в трансформаторе, диаграмме фиг. IX, 56.
Из диаграммы следует, что в начальный период
короткого замыкания к реле подводятся напряжения,
равные как минимум половине номинального линейного
напряжения. При замыканиях через RnM и учете сопро-
тивления трансформатора напряжение, подводимое к реле,
может оказаться выше напряжения трогания, и защита
не сработает (при установившемся режиме короткого
замыкания в случае питания трансформатора от генера-
торов за счет влияния реакции якоря остаточное напря-
жения могут иметь и меньшие величины).
Присоединять в этом случае реле на фазное напряже-
ние недопустимо по тем соображениям, что при однофаз-
ных замыканиях в системе первичного напряжения с малым
током замыкания на землю реле замкнет контакты и при
последующей перегрузке защита сможет неселективно
подействовать.
Более целесообразна в рассматриваемом случае схема
присоединения реле минимального напряжения на фазное
напряжение по отношению к нулевой точке системы. В
такой схеме (фиг. IX, 6) снижения напряжения, подведен-
ного к реле, практически не происходит. Поэтому на указан-
ные однофазные замыкания такая защита не реагирует.
Защита минимального напряжения используется также
в качестве резервной к специальным защитам трансфор-
маторов от внутренних повреждений. Поэтому она уста-
навливается с питающей стороны и действует также на
ее выключатель.
Общими недостатками рассмотренной схемы является
то, что она: 1) относительно сложна; 2) не способна реаги-
ровать на короткое замыкание с малым понижением на-
пряжения,^) не приспособлена к резервному действию при
однофазных замыканиях на етороне звезды с наглухо зазем-
ленной нулевой точкой. Объясняется это тем, что ток в
максимальных токовых реле может оказаться меньше тока
трогания и что при токе, достаточном для действия токо-
вых реле, напряжения, подведенные к реле напряжения
(например, при
схеме фиг. IX, 6),
будут оставаться
выше напряжения
трогания и защита
в действие не при-
дет: В таких слу-
чаях приходится
устанавливать со
стороны звезды до-
полнительную ма-
ксимальную токо-
вую защиту нуле-
вой последова-
тельности.
Достоинством рассмотрен-
ной схемы является то, что ее
ток трогания выбирается без
учета могущих быть в усло-
виях эксплоатации перегрузок
трансформаторов. Поэтому в
ряде случаев она оказывается
по току более чувствительной,
чем нормальная токовая за-
Фиг. IX, 7. Принципиальная схема макси-
мальной токовой защиты трехобмоточного
трансформатора.
щита. Схема в связи с рассмотренными ее свойствами
применяется главным образом на повышающих трансфор-
маторах, мощности которых соизмеримы с генерируемыми
мощностями.
6. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ТРЕХОБМО-
ТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
При выполнении защиты трехобмоточных
трансформаторов от сверхтоков в большинстве
случаев уже невозможно удовлетвориться толь-
ко одним комплектом реле.
Чтобы при сквозном коротком замыкании в
системе одного из напряжений сохранить транс-
форматор в работе на двух обмотках и иметь
резерв к защитам от внутренних повреждений,
осуществляют защиту тремя комплектами реле.
Каждая из обмоток в данном случае защи-
щается отдельно.
Принципиальная однолинейная схема макси-
мальной токовой защиты трехобмоточного по-
нижающего трансформатора с односторонним
питанием приведена на фиг. IX, 7.
Ток трогания реле устанавливается с учетом
(IX, 6) или (IX, 9) по нагрузочному току соответ-
ствующей обмотки трансформатора. Выдержка
времени реле выбирается по условиям соблю-
,304
дения селективности в сети соответствующего
напряжения. Со стороны питания выдержка
времени выбирается на ступень больше, чем
наибольшая выдержка защит, установленных на
остальных двух обмотках трансформатора.
В качестве защит от перегрузок устанавли-
ваются иногда максимальные токовые реле в
одной из фаз с меньшим током трогания, дей-
ствующие с выдержкой времени на сигнал. Для
повышения чувствительности защиты от сверх-
токов при сквозных коротких замыканиях при-
меняют также защиту минимального напряжения
с токовой блокировкой. •
Условия выполнения защиты те же, что н при
двухобмоточных трансформаторах.
При рассмотрении максимальных токовых
защит двухобмоточных и трехобмоточных
трансформаторов в схемах предусматривались
только реле с независимой характеристикой.
Вопрос о том, какие реле должны быть установ-
лены: с независимой или ограниченно зависи-
мой характеристикой, для принципа выбора за-
щиты роли не играет. В целях полной согласован-
ности защит часто бывает целесообразно уста-
навливать для сети и для трансформаторов
реле с однотипными характеристиками при
соизмеримом соотношении их мощностей.
Поэтому реле с ограниченно зависимыми
характеристиками обычно устанавливаются на
понижающих трансформаторах в сетях напряже-
нием 10 kV и ниже. Реле с независимыми ха-
рактеристиками широко используются для
трансформаторов с высшими напряжениями 35
и llOkV.
7. ВНУТРЕННИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ В ТРАНСФОРМАТО-
РАХ
Применительно к различным случаям замы-
каний на зажимах трансформатора на фиг. IX, 8 а
и б приведены примерные схемы токораспреде-
лений в первичной и вторичной обмотках транс-
форматоров; эти токи распределения определе-
ны при следующих допущениях:
1) ток намагничивания трансформатора мал
и во внимание не принимается (за исключением
однофазного замыкания, представленного на
правой схеме фиг. IX, 8а);
2) нагрузочные токи отсутствуют и учитыва-
ются только токи повреждения;
3) число витков в первичной и вторичной
обмотках схем фиг. IX, 8а одинаковы;
4) число витков в обмотках, соединенных в
треугольник (фиг. IX, 8 б и IX, 8 в), в уТ больше,
чем числа витков в обмотках звезды (отноше-
ние линейных напряжений равно единице).
Распределение токов может быть получено
для любого из приведенных видов повреждения
из условия магнитного равновесия, т. е. из ра-
венства ампервитков первичной и вторичной
20 Релейная защита
обмоток общего сердечника. Указанные соот-
ношения справедливы как для трехфазных транс-
форматоров, так и для однофазных трансфор-
маторов, соединенных в трехфазную группу.
Некоторые особенности представляет третий вид
повреждения, представленный на фиг. IX, 8а и относящий-
ся к случаю соединения обмоток звезда-звезда с нулевым
проводом.
В этом случае токораспределение при однофазном за-
мыкании определяется при наличии замкнутой трехстерж-
невой магнитной системы. При. замыкании одной фазы
вторичной обмотки такого трансформатора в этой обмот-
ке 1а = /3» *ь = /<?=0. В первичной обмотке 1А =/а ~ у55*.
305
Эти токи повреждения обычно не на мн о превыша-
ют номинальный ток трансформатора; поэтому осущест-
вление простой, надежно действующей при их появлении
защиты встречает затруднение.
На фиг. IX, 8 а и б рассмотрены токорас-
пределения лишь для нескольких частных слу-
чаев повреждений на выводах обмоток транс-
форматора. При внутренних повреждениях в
обмотках трансформатора значения токов бу-
дут еще зависеть от относительного числа
замкнутых витков.
Методы вычисления токов при внутренних
коротких замыканиях в трансформаторах еще
недостаточно разработаны.
Поэтому ниже приводятся лишь некоторые указания
о распределении токов для частных случаев витковых
замыканий, представленных на фиг. IX, 8 в.
За относительное число замкнутых витков принято
(IX, 13)
w„
где w3 —число витков в замкнутой части обмотки, а
w— полное число витков поврежденной обмотки.
Ток от источника питания к поврежденной первичной
обмотке
/=са/„ (IX, 14)
где с —постоянный коэфициент, различный для каждого
из рассмотренных случаев витковых повреждений (рав-
/ 2 \
ный применительно к фиг. IX, 8 в — —у=» 1 и ■- /— ;
уз у б j
!3 — ток повреждения.
Рассмотрим токораспределение в обмотках трансфор-
матора при витковых замыканиях, соответствующих
фиг. IX, 8 в (1-й и 3-й случаи).
Следуя принятым на фиг. IX, 8 в обозначениям, для
случая 1 имеем [Л. 4]:
'е — ?в — /лт — 'am — О-
(IX, 15)
Исходя из условия магнитного равновесия и обозна-
чая токи в фазах первичной обмотки, соединенной тре-
угольником /в> 7р и / найдем
w.
= /.и
Так как 1ап =13
W3
(IX, 16)
(IX, 17)
Подставляя в (IX, 17) значение w3 из (IX, 13) и учи-
Wr 1
тывая отношение ~1 —
—1=-т==г, получаем
wA
"УТ
(IX, 18)
'•=7?'"
Для случая замыкания по фиг. IX, 8в (3) получаем сле-
дующие значения для токов в поврежденной фазе:
7 *
Из условия магнитного равновесия следует
(IX, 19)
(IX, 20)
(IX, 21)
Исходя из (IX, 19), (IX, 20) и (IX, 21) и имея ввиду, что
IА + 1В + / с= 0, путем соответствующего преобра-
306
*ei( Щ ~ № ) — /
ell
W?
= fAWY.
зования можно получить значения токов каждой из по-
врежденных фаз треугольника:
7Р =/7 в"8"в 7*
(IX, 22)
w
Если при этом —1 = */3, то в фазах В и С вервич-
ной обмотки индуктируются токи
Суммарный ток фазы А
'д-4-'*
(IX.23)
(IX, 24)
Из (IX, 14) следует, что при малом относительном чи-
сле замкнутых витков даже при значительной кратности
тока повреждения ток со стороны питания может ока-
заться весьма небольшим.
Такой случай повреждения является особо опасным
для трансформатора вследствие трудности быстрого выяв-
ления повреждения.
Из рассмотрения приведенных на фиг. IX, 8
случаев повреждений и токораспределений
следует, что при любом замыкании в обмотках
трансформатора появляется ток повреждения
со стороны питания.
Используя это условие, можно применить
для защиты трансформатора от замыканий в
его обмотках максимальную токовую или ди-
ференциальную токовую защиту. Первая из них
хотя,и реагирует на целый ряд повреждений
в обмотках трансформатора, однако не будет
достаточно надежной.
Она будет действовать с большой выдержкой
времени и в ряде случаев окажется неселектив-
ной и недостаточно чувствительной.
Исключить выдержку времени можно при
применении дополнительно к нормальной еще
токовой защиты с отсечкой. Трансформатор
представляет сосредоточенный импеданс, часто
относительно большой величины. Поэтому, вы-
бирая ток трогания отсечки по максимальному
току сквозного короткого замыкания (1р.т=
=*«/» шах, где kH — 1,3 — 1,4), могущему проте-
кать через трансформатор, в ряде случаев
удается получить защиту, действующую доста-
точно надежно при коротком замыкании на той
стороне трансформатора, где она установлена.
Применение отсечки обеспечивает для ряда
случаев и селективное отключение поврежде-
ния.
Принципиально более совершенной защитой
от внутренних замыканий в трансформаторе и
на его внешних выводах является токовая ди-
ференциальная защита. Ё отличие от защиты
генератора диференциальная защита трансфор-
матора может реагировать и на витковые за-
мыкания. Это положение наглядно иллюстрирует-
ся фиг. IX, 8 в. Если число замкнутых витков
окажется таким, что вторичный ток трансформа-
торов тока, установленных со стороны питания,
будет больше тока трогания реле диферен-
циальной защиты, то диференциальная защита
подействует и отключит трансформатор от сети.
При незначительном числе замкнутых витков
ток от источника питания может оказаться
недостаточным для приведения диференциальной
защиты в действие. В этом случае трансфор-
матору будет угрожать не только значительное
разрушение в месте повреждения, но и воз-
можность воспламенения масла со всеми вы-
текающими опасными последствиями для элек-
трической установки.
Практическое осуществление диференциаль-
ной защиты встречает, однако, ряд рассмотрен-
ных ниже затруднений. Поэтому ее применяют
для трансформаторов большой мощности, а
также в тех случаях, когда она не может
быть заменена отсечкой.
Наряду с диференциальной защитой для
трансформаторов*применяют еще одну специ-
альную защиту от внутренних повреждений —
газовую (гл. IX, §20), которая является весьма
чувствительной при всех внутренних замыка-
ниях даже с незначительным током поврежде-
ния, если в результате повреждения происхо-
дит газообразование.
В союзной практике, учитывая изложенное,
в настоящее время обычно устанавливают на
трансформаторах в зависимости от мощности
и условий их работы следующие защиты:
1)при мощности 15MVA и выше — макси-
мальную токовую, газовую и диференциальную;
2) при мощности 1 — 15MVA—максималь-
ную токовую, газовую и токовые отсечки;
допускается применение диференциальной за-
щиты, если токовые отсечки недостаточно
чувствительны или не обеспечивают необходи-
мой селективности в отключении повреждений
на втулках, не охватываемых газовой защитой;
3) при мощности менее 1 MVA — максималь-
ную токовую защиту; при выдержке времени
этой защиты не более ~0,7 сек. токовая от-
сечка может не устанавливаться.
8. ОСОБЕННОСТИ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для защиты трансформаторов от замыканий
в обмотках, на их выводах и соединительных
проводах достаточно широко применяется про-
дольная диференциальная токовая защита, прин-
ципиально мало чем отличающаяся от подобной
же защиты для генераторов.
На фиг. IX, 9 представлена однолинейная
принципиальная схема диференциальной защи-
ты двухобмоточного трансформатора. При нор-,
мальном режиме работы трансформатора и при
замыканиях вне защищаемой зоны
откуда следует, что чувствительность дифе-
ренциальной защиты трансформатора находится
в прямой зависимости от тока небаланса iH6°
Наличие iH6 при практическом выполнении
диференциальной защиты любого элемента
электрических установок является неизбежным
дефектом, присущим самому диференциальному
принципу. Однако для диференциальной защиты
трансформаторов iH6 и величина его при раз-
личных режимах имеют особое значение. Именно
при защите транс-
форматоров ряд не-
благоприятных об-
стоятельств влечет
за собой возмож-
ность резкого воз-
растания iH6, а сле-
довательно, и воз-
можность пониже-
ния чувствительно•
сти диференциаль-
ной токовой защи гы.
Основными при-
чинами, влияющими
на увеличение iH6,
являются:
1. Наличие коэ-
фициента трансфор-
мации п силового
трансформатора, как
Фиг. IX, 9. Принципиальная
схема диференциальной защи-
ты двухобмоточного трансфор-
матора.
правило, отличного
от единицы. Дейст-
вительно, для транс-
форматоров любой мощности, имеющих я,
отличный от единицы, различны между собой
и номинальные значения токов в цепи высшего
и низшего напряжения трансформатора. При
выборе трансформаторов тока по существую-
щей шкале их* номинальных пт разность вто-
ричных токов it и iu при отсутствии повреж-
дения в трансформаторе (как, например, ниже
показано в примере) может оказаться весьма
значительной, давая большую величину iH&
даже при нормальном режиме трансформатора.
2. Наличие намагничивающих токов силово-
го трансформатора. Чтобы выявить зависимость
1аб от намагничивающих токов, рассматривает-
ся трансформатор с п—1 и с одинаковым со-
единением обмоток. Если принять ео внимание,
что
/1=/и+^, (IX, 26}
Где I нам намагничивающий ток трансформа-
тора, a /i и In -— токи его первичной и вторич-
ной обмоток, и в свою очередь
h-h-ln
1нб,
(IX, 25)
20*
h = ii + iHaMi
hi — hi -j- 1нсиА1,
(IX, 27}
(IX, 28)
307
где h и iHaMi — вторичный и намагничивающий
токи трансформатора тока на первичный сто-
роне защищаемого трансформатора, a in и
и iHoMii — вторичный и намагничивающий токи
трансформатора тока на вторичной стороне
защищаемого трансформатора, то из уравнений
(IX, 25) —(IX, 28) получим, что
или
1нб — 'нам ~г~ \1нам11 — 1намт)»
(IX, 29)
Таким образом в отличие от диференциаль-
ной защиты генератора iH6 определяется гео-
метрической суммой намагничивающего тока
силового трансформатора и разности намагни-
чивающих токов трансформоторов тока.
3. Различное соединение обмоток трансформа-
тора. При соединении обмоток трансформатора
в схему звезда-треугольник между первичными
токами прямой или обратной последователь-
ности со стороны высшего и низшего напряже-
ния каждой фазы имеется некоторый фазовый
сдвиг, одинаковый для всех фаз трансформато-
ра. Вследствие этого во вторичной цепи транс-
форматоров тока, а следовательно, и в цепи
реле, даже при одинаковых по величине токах
h и in имеет место iH6, обусловленный их гео-
метрической разностью.
4. Регулирование п защищаемого трансформа-
тора. При регулировании напряжения соотно-
шения между первичными, а следовательно, и
вторичными токами трансформаторов тока изме-
няются, что также может повлиять на увели-
чение iH6.
5. Конструктивные отличия трансформато-
ров тока. В частности для диференциальной
защиты трансформаторов со стороны высшего
напряжения (35 kV и выше) обычно использу-
ются встроенные трансформаторы тока. Неиден-
тичность намагничивающих характеристик
трансформаторов тока, установленных с двух
сторон трансформатора, при значительной вто-
ричной нагрузке и большой кратности токов
сквозного замыкания может вызвать весьма
резкое возрастание 1нб и создать угрозу неселек-
тивного действия защиты при внешних повреж-
дениях.
9. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ПРИ
СОЕДИНЕНИИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА ПО
СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ЗВЕЗДА
На фиг. IX, 9 приведена принципиальная
схема диференциальной защиты двухобмоточ-
ного трансформатора с соединением обмоток
звезда-звезда-12.
Первичный и вторичный токи трансформа-
тора с некоторым приближением (пренебрегая
током намагничивания) обратно пропорциональ-
ны числу витков обмоток:
/I Wrr
(IX, 30)
1п = п./19
(IX, 31)
где п — коэфициент трансформации силового
трансформатора на холостом ходу.
Во вторичных обмотках трансформаторов
тока диференциальной защиты токи соответ-
ственно равны:
*i—;
in =;
'mi
'mil
(IX,32)
(IX,33)
По принципу работы диференциальной защи-
ты ток в цепи реле при нормальном режиме
работы трансформатора должен быть равен или
близок к нулю.
Однако это может быть только, когда
или
*/Я1
nmli — nmi
41
-п-п
(IX.34)
(1Х,35)
Так как трансформаторы тока выполняются
только на определенные номинальные значения
первичных токов, то для выполнения условия
(IX, 35) потребовались бы дополнительные
мероприятия в виде, например, применения
специальных трансформаторов тока нестан-
дартного типа (практически применяется другое
решение — см. ниже).
При использовании же стандартных типов
трансформаторов тока даже при нормальном
режиме приходится учитывать 1Нб, обусловлен-
ные разностью вторичных токов. Пусть, на-
пример, защищаемый трансформатор имеет Р =
MVA
= 10 -,,„ ■ и коэфициент трансформации на хо-
35/6,3.
kV
лостом ходу
Первичный ток на стороне низшего напря
жения трансформатора
г _ *kVA
10 000
= 920 А.
1/3 ^kV 1/3 -6,3
Ближайшее значение номинального первич-
ного тока трансформатора
тока 1000 А. Сле-
довательно, п т =
/72А
1000
= 200,
h ~ 2оо"~ ,D
Первичный ток на стороне высшего напря-
юосо
жения трансформатора /п==-=г—===165 А.
Ближайший номинальный ток 200 А. Коэфи-
циент трансформации трансформаторов тока
200 ,п
Вторичный ток
fa-TjT-VA.
308
бы избежать перегрузки трансформаторов токаг
или уменьшить сечение контрольного кабеля,
автотрансформатор желательно подключать со
стороны более мощного трансформатора тока.
Несоответствие между величинами вторич-
ных токов в таком случае устраняется надле-
жащим выбором пат добавочного автотрансфор-
матора. При правильном выборе пат можно
снизить до минимума составляющую тока неба-
ланса i'p> обусловленную несоответствием меж-
ду п защищаемого трансформатора и пт транс-
форматоров тока. Принципиальная схема авто-
трансформатора представлена на фиг. IX, 10.
Для автотрансформатора, как и для обычно-
го трансформатора,без учета намагничивающего
тока действительно следующее соотношение:
h Wj = iu w п. (IX,36)
Первичной обмоткой автотрансформатора на-
зывают ту, которая непосредственно присоеди-
няется ко вторичной обмотке трансформатора
тока.
Поэтому, принимая, например, обмотку с
числом витков Wi за первичную, получим
JL-.2I! «.*.„. (1Х,37)
III Wl
Первичным током автотрансформатора в об-
щем случае может быть как ток i\% так и ток in.
В соответствии со схемой фиг. IX, 10in>ii.
Следовательно, в том случае, когда за первич-
ный ток принимается ток ht nam<^\ и автотранс-
форматор является повышающим. Когда же за
первичный ток принимается ток £ц, to/w>1
и автотрансформатор является понижающим.
Если, например, с одной стороны трансформа-
Таблица 1Х%2
Автотрансформатор типа ВУ-25 завода ХЭМЗ
Положение
штепселя
7
6
4
4
з
з
1
1
Обозначение
зажимов
3 |
s
tr
Я
CQ j
а,
а
н-ш
н ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
1 Н-Ш
| Н-Ш
Н-Ш '
н-ш
н-ш
н-ш
О)
я
я 1
tT !
к
о
н
CQ
H-Ia
H-I
H-Ia
H-I
H-Ia
H-I
H-Ia
H-I
H-Ia
H-I
H-Ia
H-I
H-Ia
j H-I
Коэфициент
трансформации |
1,625
1,6
1,585
1,54
1,525
1,5,
1,47
1,45
1,41
1,39
S 1,365
1,34
1,315
2,292
Положение
штепселя
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
i "2
1
1
Обозначение '
зажимов
д
tr
Я
09
си
X
или j
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш !
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
! Н-Ш
н-ш
н-ш
1 °
Я
tr
! s
о
м
Н-Иа
Н-Н
Н-На
Н-И
Н-Иа
Н-И
Н-Иа
Н-П
Н-На
Н-Н
Н-Иа
Н-И
Н-Иа
Н-И
Коэфициент
трансформации
1,268
1,24
1,236
1,23
1,19
1,165
1,145
1,122
1,1
1,068
i 1,064
1,036
1,02
1,0
Положение
штепселя
1
1
2
2
3
3
4
1 4
I 5
! 5
1 6
7
7
Обозначение
зажимов
<D I
S
М
Q*
<D
X
Н-И
Н-На
Н-Н
Н-Па
Н-Н,
Н-Иа
Н-Н
Н-Па
Н-И
| Н-На
j Н-И
Н-Иа
Н-П
Н-Иа
3
о.
о
HIII
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
i н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
н-ш
Коэфициент j
трансформации
1,0
0,98
0,96
0,94
0,93
0,91
0,89
0,875
0,86
0,845
0,83
0,81
0,8С5
0,79
Положение
штепселя
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
| 6
7
7
Обозначение
зажимов
23
со
си
<D
X
H-I
H-Ia
H-l
.H-Ia
H-I
H-Ia
H-l
H-Ia
H-l
H-Ia
H-I
H-Ia
i H-l
H-Ia
я
sr
к
a,
о
H
0Q
H-III
HIII
H-III
Н-Ш
H-III
H-III
Н-И1
H-III
H-III
H-III
H-III
H-III
H-III
! H-III
Коэфициент
трансформации
0,775
0,76
0,742
0,73
0,72
0,71
0,692|
0,68 I
0,666
0,655
0,6421
0,63
0,624
0,615
309
Ток в реле при нормальном режиме работы
трансформатора ifp ^ h —zn = 4,6— 4,1=0,5 А.
Протекающий через реле iH6 при нормальном
режиме в действительности может быть еще
более значительным, если принять во внимание
его увеличение за счет токов намагничивания,
учитываемых выражением (IX, 29).
При сквозных коротких замыканиях iH6
увеличится вследствие увеличения члена i'Py
пропорционального сквозному первичному току,
и второй составляющей выра-
жения (IX, 29) 1нам II тшш"1нам I,
которая по насыщении транс-
форматоров тока растет бы-
стрее сквозного тока.
Фиг. 1ХД0. Прин- J
ципиальная схема
автотрансформато-
ра^
Фиг,. IX.11. Схема
внутренних соединений
автотрансформатора
ВУ-25 ХЭМЗ.
Во избежание неправильного- действия за-
щиты ip. т необходимо было бы выбирать недо-
> пустимо большим и диференциальная защита
оказалась бы малочувствительной.
Для выравнивания вторичных токов в одно
из плеч схемы диференциальной защиты вклю-
чают вспомогательный автотрансформатор. Что-
тора ток близок к пяти амперам, а с другой
меньше или больше, то, применяя автотранс-
форматор как повышающий или как понижаю-
щий, можно сделать близким к пяти амперам
и ток, подводимый к реле с другой стороны.
В настоящее время в Союзе имеют рас-
ространение два типа автотрансформаторов,
схемы внутренних соединений которых приве-
дены на фиг. IX,И и фиг. IX, 12.
Автотрансформатор ВУ-25 (ВУ — вспомо-
гательное устройство) выпускается ХЭМЗ (фиг.
фиг. 1Х,12. Схема
внутренних соеди-
нений автотранс-
форматора АТД
завода „ Электро-
аппарат*.
Фиг. IX, 13. Схема присо-
единения повышающего
автотрансформатора.
IX, 11) и имеет регу-
лировку пат в пре-
делах от 0,615 до
1,625. Автотрансфор-
матор АТД (автотрансформатор добавочный,
фиг. IX, 12), выпускаемый заводом * Электро-
аппарат*, имеет регулировку пат от 0,5 до 2,0.
Автотрансформатор ВУ-25 имеет большее
число отпаек, меньшие габариты и обусловли-
вает меньшую нагрузку на трансформаторы,
поэтому ему обычно при прочих равных усло-
виях отдается предпочтение; однако ВУ-25 ме-
нее точен, чем АТД. Возможное регулирова-
ние пат автотрансформатора ВУ-25 с указани-
ем необходимых присоединений приведено в
табл. IX, 2.
В рассмотренном выше примере *i=4,6 A
и in = 4,1 А; поэтому лат =-^£=1,122. .
'и
Такой Пат имеется в табл. 1Х,2. При этом
в рассматриваемом случае ii = 4,6A должен
подводиться к зажимам Н-Ш (фиг. IX,11), a
вторичный ток in должен браться от зажимов
Н-П. Штепсель устанавливается в гнездо отпай-
ки 4. Так как действительный пат равен требуе-
мому расчетом, то получаемое значение вто-
ричного тока автотрансформатора будет в
точности равно 4,1 А, т. е. слагающая iH6> оп-
ределяемая рассматриваемым фактором, пол-
ностью компенсируется.
310
Присоединение повышающего автотранс-
форматора показано на фиг. 1Х,13. Для пони-
жающего автотрансформатора положение обмо-
ток меняется на обратное (трансформатор тока
с большим током присоединяется к обмотке
автотрансформатора с меньшим числом витков).
10. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ПРИ
СОЕДИНЕНИИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА ПО
СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК
На фиг. IX, 14 представлена принципиальная
схема диференциальной защиты трансформато-
ра, обмотки которого соединены в звезду-тре-
угольник (Y/Д-П).
В этом случае между напряжениями и то-
ками одноименных фаз получается сдвиг на
угол, соответствующий группе соединения.
В СССР в качестве стандартной группы при-
нято соединение звезда-треугольник-11, при ко-
тором угол между токами со стороны звезды
и соответсвующими им линейными токами со
стороны треугольника при принятых условных
положительных направлениях равен 330°. При
этом векторы линейных токов одной и той же
фазы на стороне звезды и-треугольника, на-
пример, 1а и fa соответственно занимают поло-
жение минутной и часовой стрелок часов, когда
они показывают 11 час.
При включении схемы диференциальной за-
щиты с соединением вторичных обмоток транс-
форматоров тока на обеих сторонах силово-
го трансформатора в звезду в цепи реле, даже
при полном равенстве абсолютных значений
вторичных токов, появится некоторый ток не-
баланса, обусловленный сдвигом фаз между пер-
вичными токами, т. е. их геометрической раз-
ностью.
Чтобы это устранить, вторичные токи при-
водят к совпадению по фазе путем соединений
вторичных обмоток трансформатора тока обыч-
но со стороны треугольника силового транс-
форматора в звезду, а на стороне звезды — в
треугольник.
При правильном выполнении такой схемы
соединений вторичные токи совпадают по фа-
зе и составляющая тока небаланса, обусловлен-
ная их геометрической разностью, полностью
исчезает.
В соответствии со схемой соединения пер-
вичных и вторичных обмоток силового и из-
мерительных трансформаторов на фиг. 1Х,14
приведены векторные диаграммы токов для
всех трех фаз.
На фиг. IX,14а приведена векторная диаг-
рамма линейных токов 1А> 1в и 1С на стороне
звезды. Токи в обмотках трансформатора на
стороне треугольника Л, /р, /т могут быть изо-
бражены векторной диаграммой фиг. IX, 146,
совпадающей, учитывая выбранные положи-
тельные направления, с диаграммой токов /Л,
* * . . «
1вк/с- Линейные токи 1а9 1Ь и /^направлен-
ные* к треугольнику трансформатора со сто-
роны источника питания, соответствуют век-
торной диаграмме токов фиг. 1Х,14в.
По закону Кирхгофа линейные токи:
К = /* -h; К = h-i\; ic ==/Y-/.. (ix,38)
Таким же путем получаются и векторные
диаграммы вторичных токов трансформаторов
тока iAt iB) ir, и 1Ш ibt iCt (фиг. 1Х,14г и IX, 14е),
роны вторичных обмоток трансформаторов
тока, соединенных в звезду, соответствует
диаграмме токов фиг. IX, 14е.
Из сравнения диаграмм фиг. IX, 14 ж и
1Х,14е следует, что при соединении вторичных
обмоток трансформаторов тока, установленных
на стороне звезды силового трансформатора —
в треугольник, а на стороне треугольника —
в звезду, вторичные токи в диференциальной
цепи совпадают по фазе (фиг. IX, 14з).
При этом необходимо иметь в виду, что
не всякое соединение вторичных обмоток транс-
форматоров тока в треугольник обеспечивает
компенсацию сдвига по фазе между токами.
Так, например, соединение, выполненное со-
Фиг. 1Х,14. Век-
торные диаграммы
токов в цепи ди-
ференциальной за-
щиты двухобмоточного трансформатора, обмотки
которого соединены по схеме Y/A-11.
которые будут (см. гл. И, § 11) соответствен-
но совпадать по фазе с векторными диаграм-
мами первичных токов (фиг. 1Х,14а и 1Х,14в).
Если бы трансформаторы тока на стороне
звезды и треугольника силового трансформато-
ра были. соединены в звезду, то в цепи реле
протекали бы токи, .обусловленные фазовым
сдвигом между вторичными токами (фиг.1Х,14д).
Токи 1А, г'в и ic> направляющиеся к диферен-
циальной цепи от вторичных обмоток "транс-
форматоров тока, соединенных в треугольник,
представлены векторной диаграммой фиг. 1Х,14ж-
По закону Кирхгофа
&а = *д — h; iB — h — ici ic=ic—iAr (IX,39)
Векторная диаграмма токов ia, ib и ie, по-
ступающих в диференциальную цепь со сто-
гласно фиг.1Х,15а,
не даст требуе-
мого эффекта.
Наоборот, как
то следует из век-
торной диаграм-
мы фиг. 1Х,15б,
фазный угол
сдвига между токами ia,
*» '* и '/. 1в> *с вместо
снижения до 0 увеличит-
ся до 60° и, следова-
тельно, iH6 в реле еще
более возрастет.
Компенсацию сдвига фаз вторичных токов
в схеме диференциальной защиты трансфор-
матора с соединением обмоток звезда-треуголь-
ник принципиально возможно выполнить и пу-
тем соединения вторичных обмоток трансфор-
маторов тока на стороне треугольника силового
трансформатора — в треугольник, а на стороне
звезды — в звезду.
Такое соединение, как правило, однако,
не применяют, потому что в случае работы
трансформатора с заземленной нулевой точкой
(фиг. IX, 16) при внешнем замыкании на землю
на стороне звезды защита может неселективно
подействовать и отключить трансформатор.
Происходит это вследствие того, что токи
нулевой последовательности, возникающие во
311
Фиг. IX, 15. Векторная диаграмма токов при не правили
ном соединении вторичных обмоток трансформаторов дока.
вторичных обмотках трансформаторов тока на
стороне звезды, замыкаются через реле, не ком-
пенсируясь токами со стороны треугольника.
При соединении вторичных обмоток транс-
форматоров тока в треугольник ток нулевой
последовательности циркулирует только в нем,
не выходя в соединительные провода (см. гл. II,
§ 11); этим обеспечивается селективность
действия защиты.
Из векторных диаграмм фиг. IX, 14 6 и фиг.
IX, 14 в видно, что при соединении вторичных
обмоток трансформаторов тока в треугольник
линейный ток, поступающий от этой группы
в диференциальную цепь, в |/3 раз больше
вторичного тока трансформатора, т. е. равен
у/3~— • Если от группы трансформаторов то-
ка, вторичные обмотки которых соединены
в звезду, поступает меньший ток, чем со сто-
роны трансформаторов тока, соединенных в
треугольник, то реле будет нагружено раз-
ностью этих токов.
Как и в схеме защиты трансформатора
с соединением обмоток звезда-звезда, для ком-
пенсации разности токов по величине исполь-
зуются автотрансформаторы.
Трансформаторы тока со стороны звезды
силового трансформатора в целях приближе-
ния пат к единице выбирают с приблизительно
в УЪ раз большим номинальным первичным
током по сравнению с номинальным током сило-
вого трансформатора.
Устранить неравенство вторичных токов
можно также таким подбором трансформаторов
тока, что на стороне звезды силового транс-
JYho/h
5
форматора щт = +/3 > а на стороне треуголь-
ника Яд т » -^тр-. Такой метод выравнивания
токов требует специальных трансформаторов
тока и поэтому в настоящее время на прак-
тике не применяется.
312
Фиг. 1ХД6. Распределение токов нулевой последовательно-
сти при внешнем однофазном замыкании на стороне звезды.
Фиг. IX, 17. Схема диференциальнои токовой защиты двух4
обмоточного трансформатора с соединением обмоток
Y/A-11.
"^ Схема диференциальнои защиты трехфаз-
ного трансформатора с соединением обмоток
звезда-треугольник приведена на фиг. IX, 17,
При действии диференциальнои защиты по-
дается импульс на одновременное отключение
трансформатора со стороны высшего и со сто*
роны низшего напряжений.
И. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
ТРЕХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Диференциальный принцип можно исполь-
зовать и для защиты трехобмоточных транс-
форматоров путем соединения вторичных об-
моток трансформаторов тока всех трех ветвей
в диференциальную схему с параллельным
присоединением реле.
Принципиальная схема диференциальной
защиты трехобмоточного трансформатора для
одной фазы приведена на фиг. IX, 18.
Все приведенные соотношения справедливы^
однако, как уже выше отмечалось, только прр®
правильном выборе и соединении трансформа-
торов тока отдельных ветвей. Номинальные
мощности обмоток трехобмоточного трансфор-
матора часто бывают различны, а вследствие
этого различны и первичные номинальные токи
отдельных ветвей. При выборе пт трансфор-
маторов тока по номинальной мощности отдель-
ных обмоток трансформатора геометрическая
сумма вторичных токов не равна нулю. Чтобы
обеспечить правильные соотношения токов
Фиг. IX.18. Принципиальная схема диференциальной за-
щиты трехобмоточного трансформатора.
Пользуясь законом Кирхгофа, можно напи-
сать условие равновесия токов для одной из
узловых точек вторичной цепи, например,
точки а:
ip = ii— in — tab (IX, 40)
При правильном выборе и соединении об-
моток трансформаторов тока и автотрансфор-
маторов геометрическая разность вторичных
токов при нормальном режиме работы транс-
форматора и сквозных коротких замыканиях
в идеальном случае всегда равна нулю. Следо-
вательно, в этих режимах через реле проте-
кает только г'яб-
При замыкании в пределах защищаемой
зоны соотношения между первичными токами
изменяются. Через реле проходит значитель-
ный ток, равный примерно току в месте "по-
вреждения, способный привести защиту в дей-
ствие. Так, например, при повреждении в об-
мотке трансформатора и одностороннем пита-
нии места повреждения током h ток в реле
согласно выражению (IX, 40) и фиг. IX, 19 а ра-
вен ip e ц .
При двухстороннем питании места повреж-
дения токами h и 1ц (фиг. IX, 19 6) ip =h -{-in.
Фиг. 1Х,19. Распределение токов в цепи диференциаль»
ной^ащиты при замыкании в защищаемой зоне.
в — при одностороннем питании; б*— при двухстороннем питании.
МЙЙОШО
&ии^£'азад
Через реле проходит суммарный вторичный фиг. IX, 20. Принципиальная схема диференциальной то-
ток замыкания. новой защиты трехобмоточного трансформатора.
31S
в диференциальной защите трехобмоточного
трансформатора, необходимо производить вы-
бор трансформаторов тока для каждой об-
мотки не по ее номинальной мощности, а по
одной и той же базисной мощности, за кото-
рую обычно принимается номинальная мощ-
ность наиболее мощной обмотки защищаемого
трансформатора.
При использовании трансформаторов tOKa
нормального типа по существующей шкале
номинальных пт вторичные токи отдельных
ветвей могут получиться неодинаковыми. Вы-
равнивание их, как и при диференциальной
защите двухобмоточных трансформаторов,
производится с помощью автотрансформато-
ров. Но так как выравнивать теперь необхо-
димо токи трех ветвей, то для каждой фазы
требуется по два автотрансформатора.
Принципиальная схема диференциальной
защиты трехобмоточного трансформатора при-
ведена на фиг. IX, 20. .
Автотрансформаторы обычно устанавлива-
ются на тех двух сторонах, которые имеют
ответвления на обмотках силового трансфор-
матора для регулирования напряжения. При
этом в случае перехода на другое ответвле-
ние меняется положение штепселя только
у соответствующего автотрансформатора.
При недостаточной мощности трансформа-
торов тока во избежание их перегрузки авто-
трансформаторы устанавливаются на стороне
более мощных трансформаторов тока. Регули-
рование вторичных токов при изменении ответ-
вления производится при этом уже обоими
трансформаторами, что несколько менее удобно.
Для устранения обусловленного схемой со-
единения силового трансформатора сдвига фаз
между токами отдельных ветвей здесь также
применяется соединение вторичных обмоток
трансформаторов тока в треугольник на сто-
роне звезды силового трансформатора.
12. ТОК ТРОГАНИЯ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ
ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
При рассмотрении принципиальных схем ди-
ференциальной защиты двух- и трехобмоточных
трансформаторов предполагалось, что в усло-
виях нормального режима работы, а также при
сквозных коротких замыканиях ток в реле
отсутствует или nweef. незначительную вели-
чину. Такое предположение было основано на
допущении, что геометрическая сумма или раз-
ность (в зависимости от условно принятых по-
ложительных направлений) приведенных токов
во вторичной цепи по своей величине близка
к нулю. В действительности эта величина мо-
жет оказаться весьма значительной.
Как уже было отмечено, она обусловлена:
1) неравенством вторичных токов отдель-
314
ных ветвей по величине даже при наличинг
автотрансформаторов (отсутствие у них над-
лежащих отпаек);
2) погрешностями самих автотрансформа-
торов;
3) погрешностями трансформаторов тока;
4) намагничивающим током силового транс-
форматора.
Кроме того сумма (или разность) токов мо-
жет возрасти еще дополнительно, если транс-
форматор имеет устройство для автоматиче-
ски) регулирования напряжения под нагруз-
кой или если при неавтоматическом переходе
на другое ответвление не был переставлен
штепсель на автотрансформаторе.
Ток трогания iPmm токовых реле диферен-
циальной защиты должен выбираться больше
1нбта*. Если не считать толчков намагничиваю-
щих токов при включениях под напряжение,
iH6 достигает наибольшего значения при сквоз-
ных коротких замыканиях, т. е. когда может
иметь место наибольшее расхождение между
характеристиками трансформаторов тока от-
дельных ветвей. ч Поэтому ip. m должен быть
больше r«0max при наибольшей кратности тока
сквозного короткого замыкания.
При защите трансформаторов весьма часто
в диференциальную схему соединяются транс-
форматоры тока отдельных ветвей, резко от-
личные между собой по точности работы. Осо-
бенно касается это тех случаев, когда на сто-
роне обмоток напряжением 35 kV и выше ис-
пользуются для защиты трансформаторы тока
типа ТВ, т. е. трансформаторы, встроенные во
втулки выключателей.
В таких случаях ^ max может достигать зна-
чений, близких к номинальному вторичному току
трансформатора и даже его превышающих.
Методов точного расчета iH6 при сквозных
коротких замыканиях с учетом переходных
процессов, как уже отмечалось ранее, не су-
ществует. Чтобы избежать чрезмерных значе-
ний iH6 при сквозных коротких замыканиях,
1 трансформаторы тока подбираются с таким
расчетом, чтобы их сердечники не достигали
пределов магнитного насыщения при любой
возможной кратности токов. Для такого под-
бора служат кривые предельно-допустимой по-
грешности (10%-ные кривые—см. главу II, § 12).
При использовании простых максимальных
токовых реле диференциальная защита полу-
чается иногда весьма грубой и мало приемле-
мой для защиты трансформаторов от внутрен-
них повреждений. Поэтому в настоящее время
часто применяют более усовершенствованные
диференциальные защиты (чаще всего реле с
тормозными обмотками), обладающие не только
высокой чувствительностью при внутренних
повреждениях, но и селективностью при сквоз-
ных коротких замыканиях.
Основные способы повышения чувствитель-
ности диференциальной защиты трансформато-
ров рассмотрены ниже (см. также гл. V, § 11).
13. БЛОКИРОВКА ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА ОТ БРОСКОВ ТОКА
*> НАМАГНИЧИВАНИЯ
При рассмотрении работы диференциальной
защиты при сквозных коротких замыканиях
обычно принимается во внимание ток небаланса
без учета составляющей, обусловленной намаг-
ничивающим током, ввиду ее относительно
малой в этих случаях величины.
1 1 \\
т \
г \
о $—¥-* т-
/ Ф \
/У
/ L
\&Ч1
\£
ЛФ
t
■ ^
броском намагничивающего тока. Включение
трехфазных трансформаторов сопровождается
броском тока независимо от момента включе-
ния.
Наибольший бросок тока получается, когда
включение происходит в момент перехода кри-
вой приложенного напряжения через нуль.
После включения возникают два потока, один
из которых (Ф') — вынужденный поток устано-
вившегося режима, а другой (Ф") — свобод-
ный затухающий поток переходного режима
(фиг. IX, 21).
Установившийся поток отстает от прило-
женного напряжения приблизительно на 90°.
Если учесть еще наличие остаточного пото-
ка Фост, то значение результирующего потока Ф
по отдельным его составляющим можно полу-
чить графически, как
показано на фиг. 1Х,21.
Максимальное значе-
/ны ние потока ФШах может
шшШш..
Фиг. IX, 21. Изменение магнитного потока во Фиг. IX, 22. Кривая броска тока намагничивания при включении
времени при включении трансформатора. трансформатора.
При внезапном повышении напряжения после
отключения сквозного короткого замыкания или
включении трансформатора в работу намагни-
чивающий ток может принимать большие зна-
чения и им в таких случаях нельзя пренебре-
гать. Особо больших значений намагничиваю-
щий ток может достигать при включении транс-
форматора на холостой ход. В момент вклю-
чения бросок тока намагничивания может в
несколько раз превышать номинальный ток
трансформатора, достигая в некоторых слу-
чах 1000—1200% номинального тока транс-
форматора против примерно 5% при номиналь-
ной работе.
Наиболее благоприятным условием включе-
ния однофазного трансформатора с точки зре-
ния минимального возрастания намагничиваю-
щего тока может быть только тот случай,
когда при отсутствии остаточного магнитного
потока включение происходит в момент про-
хождения синусоиды напряжения через макси-
мальное значение. В этом случае магнитный по-
ток (пренебрегая активным падением напря-
жения в трансформаторе), а вместе с ним и
ток сразу получают свои установившиеся зна-
чения.
Если включение происходит в какой-либо
другой момент, оно всегда сопровождается
превосходить двойное значение амплитуды по-
тока при нормальном режиме. Такое возраста-
ние потока влечет за собой бросок тока еще
большей величины. -Чем более будет насыщен
трансформатор, тем больший начальный бросок
может иметь намагничивающий ток при вклю-
чении трансформатора. Кривая этого тока
представлена на фиг. IX,22.
Первая амплитуда намагничивающего тока
может быть в несколько раз больше тока но-
минальной нагрузки, а следовательно, и тока
трогания реле диференциальной защиты.
Быстродействующая диференциальная защи-
та в таких условиях мгновенно отключала бы
трансформатор. Предотвращение неправильного
действия диференциальной защиты о? бросков
намагничивающего тока осуществляется введе-
нием в схему различных дополнительных бло-
кирующих устройств; эти устройства должны,
однако, не загрублять диференциальной защи-
ты и не допускать чрезмерного замедления ее
действия при повреждениях в трансформаторе.
Необходимо, однако, отметить, что в по-
следнее время, в связи с некоторыми трудно-
стями осуществления простых и надежных
блокировок от толчков намагничивающего тока,
не требующих замедления действия защиты,
иногда применяют „диференциальные токовые
315
отсечки" — защиты мгновенного действия с ip.my
отстроенным от указанных толчков тока намаг-
ничивания (ip.m^ 150-^-300% 1Н0М). Применение
таких грубых защит допустимо для трансфор-
маторов, имеющих от внутренних повреждений
специальную газовую защиту и работающих в
системах, требующих быстрого отключения
коротких замыканий на их втулках.
Весьма простым является способ блокиров-
ки, при котором к мгновеннодействующему
диференциальному токовому реле добавляется
реле времени, действующее с некоторой вы-
держкой времени £=0,5 — 0,8 сек. (фиг. IX, 23).
Фиг. IX, 23. Простейший способ
блокировки диференциальной
защиты от броска тока намаг-
ничивания посредством вы-
держки времени.
Выдержка времени регулируется так, чтобы
бросок тока намагничивания успел за этот
промежуток времени снизиться до значения
меньшего, чем ток возврата диференциального
реле 1рв. При такой блокировке утрачивается,
однако, одно из основных преимуществ дифе-
ренциальной защиты — быстрота действия.
Блокировка осуществляется и другим, более
удобным способом, при котором токовое реле
мгновенного действия и реле времени заме-
няются индукционным токовым реле с зависи-
мой от тока выдержкой времени (например,
типа ИТ-156 ХЭМЗ). В момент включения токи
намагничивания хотя и могут привести реле в
действие, но вследствие быстрого их затуха-
ния реле не усйеет замкнуть своих контактов.
При повреждениях в защищаемой зоне реле
действует с выдержкой времени, зависимой от
величины тока в месте короткого замыкания.
Этот вариант блокировки принципиально имеет,
однако, прежний недостаток. Даже при внут-
ренних замыканиях с током значительной крат-
ности время действия защиты (выдержка вре-
мени в независимой части характеристики дей-
ствия реле) будет порядка 0,2—0,3 сек. и про-
цесс ликвидации аварии несколько замедлится.
В системах, работающих близко к пределу
устойчивости, рассмотренный способ в связи
с этим может оказаться неудовлетворительным.
В некоторых блокирующих устройствах до-
полнительная выдержка времени вводится толь-
316
ко на время включения трансформатора и по-
вышения напряжения на нем после отключений
сквозных коротких замыканий.
Практическое выполнение таких устройств
затруднительно и они получаются недостаточна
полноценными.
На фиг. IX, 24 представлена в виде примера принци-
пиальная схема блокирующего устройства, выпускавше-
гося ХЭМЗ вместе с комплектом реле КР-121 (все защит-
ное устройство встроено в один общий кожух).
Блокировка осуществляется с помощью электромагнит»
ного быстродействующего реле напряжения (типа ЭН-60>
~ 4*
и реле времени (типа ЭВ-184) с одним нормально замк-
нутым мгновенно размыкающимся контактом {1-2) и вто-
рым контактом (3-4), замыкающимся с выдержкой времени,
регулируемой в пределах от 0,25 до 4 сек. Реле напря-
жения также имеет два контакта, один из которых (5-6)
при нормальной работе, трансформатора замкнут, а дру-
гой (7-8) разомкнут.
Положение контактов реле на фиг. IX, 24 соответст-
вует условию, когда трансформатор еще не приключен к
сети и напряжение на реле напряжения не подается. В
этом случае контакт 5-6 реле напряжения разомкнут, а
контакт 7-8 замкнут.
При различных эксплоатационных режимах работы
трансформатора блокировка производит следующее дей-
ствие.
Включение трансформатора на холостую работу.
При наличии значительного толчка намагничивающего
тока диференциальное реле замкнет свои контакты. Но
еще до этого реле напряжения разомкнет свои/ контак-
ты 7-8. Поэтому импульс на отключение трансформатора
не будет подан.
При замыкании контактов диференциального реле об-
мотка реле времени также окажется под напряжением, но
контакты реле 3-4 замкнутся с выдержкой времени. Так
как выдержка времени для каждого трансформатора
устанавливается больше, чем время, необходимое для
снижения намагничивающего тока до величины, меньшей
тока возврата диференциального реле, то контакты реле
времени замкнутся после того, как разомкнутся контакты
диференциального реле.
Включение трансформатора на короткое замыка-
ние в зоне защиты при наличии значительного пони-
жения напряжения. Так как контакты реле напряжения
7-8 в этом случае остаются замкнутыми, то отключение
трансформатора произойдет мгновенно при действии
диференциального реле.
Включение трансформатора на короткое замыка-
ние в защищаемой зоне при наличии малого пониже-
>^|
'* —
Ли
(й&н
LVoJ
3
\ А
реле
>
'■■■О
1а
jt
S | с
т
Фиг. IX, 24. Схема блокировки диференциальной
защиты дипа КР-121 ХЭМЗ при бросках
намагничивающего тока.
На отнл
вынл.
Фильтр
положит.
последовал?
От трансформатора
напряжения
иия напряжения. В этом случае контакты 7-8 реле
напряжения разомкнутся. Реле времени замкнет свои кон-
такты 3-4 с выдержкой времени. Отключение трансфор-
матора произойдет с выдержкой времени реле времени.
Трансформатор работает. Замыкание в защищае-
мой зоне с малым понижением напряжения. Контакты
реле напряжения 5-6 остаются замкнутыми. Также зам-
кнуты и контакты 3-4 реле времени. Отключение проис-
ходит мгновенно.
Таким образом защита работает без выдержки вре-
мени во всех случаях за исключением повреждения транс-
форматора при включении, сопровождающемся незначи-
тельным понижением напряжения. »
Восстановление напряжения после отключения
сквозного короткого замыкания. При коротком замы-
кании вследствие понижения напряжения реле напряжения
замкнет контакты 7-8 и разомкнет контакты 5-6. Реле
времени разомкнет контакты 3-4 и замкнет контакты 1-2.
При восстановлении напряжения блокировка действует,
как и при включении трансформатора, на холостой ход.
• В нормальном эксплоатационном режиме трансфор-
матора контакты реле времени 1-2 размыкаются и вво-
дят в цепь его обмотки дополнительное сопротивление.
Вследствие этого обмотка реле времени безопасно вы-
держивает длительный режим питания. В целях ограни-
чения искрения на контактах реле, управляющих дейст-
вием реле времени, параллельно обмотке последнего
включен шунт из активного сопротивления и емкости.
Напряжение к реле напряжения подводится от изме-
рительных трансформаторов напряжения, установленных
на защищаемом трансформаторе или на шинах подстан-
ции. В последнем случае для обеспечения правильного
действия блокировки напряжение на реле напряжения
или, что лучше, постоянный ток на реле времени долж-
ны подаваться через блок-контакты выключателей.
Одним из основных недостатков блокировки является
трудность правильного выбора напряжения трогания реле
напряжения. С точки зрения чувствительности ко всем
внешним замыканиям его желательно выбирать по воз-
можности большим. С точки зрения быстрого и надежного
возврата реле в исходное положение (после отключения
сквозного короткого замыкания), предотвращающего не-
правильную работу защиты, напряжение трогания с уче-
том возможного замедленного восстановления напряжения
желательно выбирать менышш. Обычно напряжение тро-
гания выбирают, как и для пусковых органов Минималь-
на^ min
ного напряжения, по формуле ир т~ k k — .
Реле напряжения должно быть включено таким об~
разом, чтобы оно реагировало как на появление рабочего
напряжения на трансформаторе, так и на все виды внеш-
них коротких замыканий, могущих после отключения
обусловить недопустимый толчок намагничивающего тока
в защищаемом трансформаторе. Включения одного нор-
мального реле напряжения на фазное или линейное на-
пряжение для этого недостаточно.
Чтобы охватывать как междуфазные замыкания, так и
замыкания на землю (в системах с наглухо заземленными
нулевыми #точками), недостаточно та кже трех реле напря-
жения, включенных на линейные или фазные напряжения.
Использование же для этой цели, например, 6 реле на-
пряжения, очевидно, нежелательно. Поэтому применяют
или специальные реле напряжения или специальные схе-
мы их включения.
Пригодными являются специальные реле напряжения,
реагирующие на плошадь треугольника линейных напря-
жении (гл. IV, § 17) или включение простых реле на
фильтр напряжений положительной последовательности,
уменьшающихся при любых видах короткого замыкания.
В КР-121 выбран второй способ. При этом действие
блокировки при восстановлении напряжения после от-
ключения сквозных коротких замыканий несимметричного
типа эксплоатационно еще недостаточно проверено. Имел-
ся ряд случаев неправильного срабатывания защит после
отключения внешних повреждений, обусловленный, оче
видно, неправильным действием реле напряжения, вклю
ченного на фильтр. Для устранения этого можно восполь
зоваться следующим, правда, не вполне совершенным
мероприятием: из схемы устраняется цепь, обеспечиваю-
щая замкнутое положение контактов реле времени при
нормальной работе и небольших понижениях напряжения;
в таком виде схема всегда работает с выдержкой времени
при небольших понижениях напряжения.
Поэтому в настоящее время обычно идут,
когда это возможно, на применение наиболее
простой схемы с реле с зависимой характери-
стикой выдержки времени.
Делаются также попытки использования дру-
гих принципов для отстройки защиты от толч-
ков'тока намагничивания. Одним из них является
использование реле с торможением от высших
гармонических, имеющих очень большие зна-
чения в переходных значениях токов небаланса
(фиг. IX, 22), другим — питание рабочей обмотки
реле через быстронасыщающийся промежуточ-
ный трансформатор тока. Однако эффектив-
ность этих способов экспериментально и в
условиях эксплоатации еще недостаточно про-
верена.
14. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
Наиболее распространенные способы повы-
шения чувствительности диференциальных за-
щит были рассмотрены выше (гл. V, §§ 8—12).
Эти способы принципиально могут быть ис-
пользованы и для диференциальной защиты
трансформаторов.
В настоящей главе рассматриваются следую-
щие способы выполнения специальных дифе-
ренциальных защит трансформаторов:
1) защита при помощи реле с тормозными
обмотками;
2) защита с применением блокирующих реле;
3) защита с реле типа транслей;
4) защита с реле, имеющими торможение
от высших гармонических.
15. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ПОМОЩИ РЕЛЕ С
ТОРМОЗНЫМИ ОБМОТКАМИ
Для защиты двухобмоточных трансформато-
ров могут быть использованы реле с одной
или двумя тормозными обмотками. Вариант
схемы с реле, имеющим две тормозные обмотки,
дан на фиг. IX, 25.
ХЭМЗ в настоящее время выпускает для
защит трансформаторов реле с двумя тормоз-
ными обмотками типа ИТ-156 (фиг. IX, 26).
Реле построено на индукционном принципе с
двумя системами, имеющими короткозамкнутые
317
Фиг. IX, 25. Принципиальная
схема включения реле с
двумя тормозными сбмот- I
ками. J tpm
" ■ : а
30 \
25\
20
15
10
б
5
х
у
/
х
щ
~п
10 20 30 40 SO §OAi„t
реле ЙТ-156 ХЭМЗ.
*-торм
Фиг. IX, 27. Тормозная характеристика
сек
Фиг. IX,26. Схема реле ИТ-156 ХЭМЗ
/ — рабочая система; 2 — тормозная система; 3 — короткозамкнутые витки; 4--алюминиевый
диск; 5— зубчатая передача контактов; б — подвижной контактный диск; 7 — неподвижные
контакты; 8 — противодействующая пружина; 9 — устройство для регулировки тока трогания>
jq — устройство для регулировки времени действия; Л — ограничитель хода диска;
12 — постоянный магнит.
витки. Рабочая система, на которой помещена
рабочая обмотка реле, создает вращающий
момент в сторону замыкания контактов реле.
Тормозная система, на которой помещены две
тормозные обмотки, как и пружина, создает
момент, действующий в противоположную сто-
рону. Число витков рабочей обмотки выбрано
больше числа витков тормозных обмоток, и
к,оэфициент, торможения kmopM—w™oPM равен
wpa6
примерно 0,4. Начальный ток трогания iPm m(0> =^=2A;
эта величина может несколько изменяться по-
воротом короткозамкнутых витков. Характери-
стика реле ip. m —/(1тоРм) приведена на фиг. IX, 27.
Потребление мощности при номинальном то-
ке 5 А составляет для рабочей обмотки~5 VA,
а для каждой тормозной ~ 1 VA.
Для отстройки от бросков тока намагни-
чивания при включении трансформатора под
напряжение или после отключения внешних
коротких замыканий реле имеет зависимую от
тока выдержку времени (фиг. IX, 28).
Как показывает, однако, опыт эксплоатации,
эта выдержка времени в некоторых случаях
318
1 i
i I
(
1 *
1
I
1
if
Ц 6 В fQAb
Фиг. IX.28. Характеристика вре-
мени действия реле ИТ-156 ХЭМЗ.
оказывается недостаточной в частности из-за
большого инерционного выбега реле.
При наличии у диференциального реле од-
ной тормозной обмотки последнюю следует
присоединять к трансформаторам тока защиты,
установленным на стороне, не имеющей источ-
ников йитания или имеющей меньшую мощность
питания. В этом случае при повреждениях
внутри защищаемой зоны защита имеет макси-
мальную чувствительность, так как тормозное
действие отсутствует или имеет минимальную
величину. Для обеспечения селективности при
сквозных коротких замыканиях размещение
тормозных обмоток Значения, очевидно, не
имеет.
При наличии у реле тормозных обмоток
последние обычно представляют как бы части
одной обмотки, помещенной на общем магни-
топроводе (см., например, реле ИТ-155). Обычно
они присоединяются (фиг. IX, 25) соответствен-
но к трансформаторам тока обеих сторон за-
щищаемого трансформатора. В этом случае при
внутренних повреждениях, сопровождающихся
токами, направленными к месту повреждения
с двух сторон, тормозное действие может
быть невелико, так как оно
определяется разностью ам-
первитков тормозных обмоток,
и защита в предельном случае
работает с начальным током
трогания ip. /7i(o).
При наличии' односторон-
него питания чувствитель-
ность защиты могла бы быть
несколько повышена за счет
расположения обеих тормоз-
ных обмоток с приемной сто-
роны. Однако выигрыш в
чувствительности получается
здесь весьма небольшой.
Так, например, для реле
ИТ-156 минимальный вторич-
ный ток короткого замыкания
J/v'min» необходимый для дей-
ствия защиты, определяется из основного
уравнения работы реле (гл. V, § 8):
вительность при повреждениях в защищаемой
зоне при достаточном коэфициенте торможения
-17:
•i
Wm=^(wI-|-Wii) =
Wp*6
Фиг.
IX, 30. Принципиальная схема
типа КР-121 ХЭМЗ.
реле
JL
Фиг. IX, 29. Схема защиты трех-
обмоточного трансформатора
с реле, имеющим три тормоз-
ные обмотки.
Начальный ток
котором
fp. Я2 =
р —
р. т
= 1к min>
k2
торм
ImopM '•
Р —
торм
1к coin
~~ 2
V т (0)>
(IX, 41)
к
торм -
=0,4.
Решая уравнение (IX, 41), получаем
2/
ltt min —
р. т (0)
V*-
%торм
^1,02^.т
(0).
Поэтому даже при наличии односторон-
него питания реле обычно включается по схе-
ме фиг. IX, 25.
Для защиты трехобмоточных трансформа-
торов обыкновенно применяются диференциаль-
ные реле с тремя или двумя тормозными об-
мотками. Вариант схемы с реле, имеющим три
тормозные обмотки, приведен на фиг. IX, 29,
где каждая из трех тормозных обмоток питает-
ся от трансформаторов тока соответствующей
стороны.
ХЭМЗ выпускает для защит трансформато-
ров реле с тремя тормозными обмотками,
встроенные в трехфазный комплект типа КР-121.
Схема реле для одной фазы в принципиально?^
виде представлена на фиг. IX, 30. Реле по-
строено на электромагнитном принципе и имеет
четыре обмотки: рабочую (Р) и три тормоз-
ных (/, // и III), из которых две (/ и //) рас-
положены на одном сердечнике общего магни-
топровода. Число витков рабочер обмотки
больше числа витков тормозных обмоток на
величину, обеспечивающую достаточную чувст-
Коэфициент торможения
kmopj*, обусловленный двумя
тормозными обмотками / и
//, практически равен при-
мерно 0,45.
трогания реле ip. m (0)« 2 А.
Потребляемая мощность, отнесенная к току 5 А,
составляет для тормозных обмоток~0,9 VAи
для рабочей обмотки — 6 VA.
Само диференциальное реЛе является мгно-
веннодействующим. Его время срабатывания
изменяется примерно в пределах от 6 перио-
дов (при ip.m=ip.m{0)) до 0,5 периода (при
ip.m= 1Ыр.тф)). Для предотвращения неправиль-
ного действия защиты при бросках намагничи-
вающего тока в комплект КР-121 включена
специальная блокировка. Она должна давать
защите возможность работать мгновенно при
большинстве внутренних повреждений и вво-
дить выдержку времени при больших значе-
ниях тдков намагничивания.
Схема блокировки выполнена в соответствии с рас-
смотренным выше принципом (фиг. IX, 24) и управляется
через реле напряжения, включенное на фильтр напряже-
ний положительной последовательности.
Общее уравнение, характеризующее работу диферен-
циального реле с тремя тормозными обмотками, две из
которых насажены на общий сердечник, в предположении
идентичности магнитных сопротивлений для отдельных
потоков, в соответствии с § 8, гл. V имеет вид:
~р. т
2 «2
wpa6~ 1р-т(0У
\wla6 + *1-11«£и + ']]
III
'«frl»
(IX.42)
h — hi
(геометрическая полуразность), Щ.ц=
где !Ы1 = 2
Применительно к реле типа КР-*21, имеющему wLll =
~~T~wi-lb уравнение работы реле представится в виде
/2 — /2
1р. т — ср.т (0)
о / п 2 1
+ кторм \ 'Ml + Т *Ш )
ОХ, 43)
319
Для трехобмоточных трансформаторов- введено поня-
тие [Л. 4] об эквивалентном коэфициенте торможения
&тормд' характеризующем возрастание тока трогания за-
щиты под воздействием трех тормозных обмоток, токи
в которых в общем случае имеют различную величину
и фазу. При этом тормозное действие защиты, характери-
зуемое вторым членом правой части уравнения (IX, 43),
Фиг. 1Х,31. Защита трехобмоточного трансформатора
посредством реле, имеющего две тормозные обмотки.
может быть выражено через кторм 9 и ток iKi наиболь-
ший из токов в обмотках трансформатора при сквозном
коротком замыкании:
^торм
торм 9 "к»
^откуда
^торм а — *торм
('12-п+-т&)=*;
(IX, 44)
(IX, 45)
.Полученное соотношение дает возможность проанали-
зировать поведение защиты при различных видах корот-
кого замыкания. Этот анализ показывает в частности
Л. 4], что kmopM9 при различных возможных соотноше-
ниях токов в обмотках трансформатора при сквозных ко-
ротких замыканиях колеблется относительно незначитель-
но (kторм в = 0,39 + 0,45). Поэтому с точки зрения селек-
тивности практически несущественно, как распределяются
тормозные обмотки между тремя группами трансформа-
торов тока. Для обеспечения же большей чувствитель-
ности защиты следует третью обмотку, сидящую на от-
дельном сердечнике» присоединять к трансформаторам
тока той стороны трансформатора, где ток при внутрен-
них повреждениях имеет наименьшую величину.
Для осуществления диференциальной защи-
ты трехобмоточных трансформаторов могут
быть также использованы реле с двумя тормоз-
ными обмотками (например, реле типа ИТ-156).
В схеме с одним диференциальным реле на
фазу возможно, например (фиг. IX, 31), присо-
единять одну из тормозных обмоток к двум
параллельно соединенным группам трансфор-
маторов тока, например, II и III сторон. Это
вполне допустимо при наличии одностороннего
питания. Тогда вторая тормозная обмотка при-
соединяется к трансформаторам тока питаю-
щей стороны /, и при любых сквозных корот-
ких замыканиях защита работает с постоянным
коэфициентом торможения кторм»
Иные соотношения получаются при наличии
питания с двух или трех сторон трансформа-
тора. Так, например, при коротком замыкании
на стороне // и наличии питания только со
стороны III диференциальные реле будут прак-
тически работать как простые максимальные
реле тока, без торможения, с начальным током
трогания ip.m(o). При наличии питания также и
со: стороны / появляется торможение, харак-
теризуемое, однако, уменьшенным коэфициен-
том торможения.
Ш
TTfr^>--7HT
Фиг. 1Х,32. Схема соединения обмоток двух реле с дву-
мя тормозными обмотками при защите ими трехобмоточ-
ного трансформатора.
Его величина, отнесенная к наибольшему из токов 1К
в обмотках трансформатора, определяется согласно (IX, 44)
следующим образом:
^
^торм а к
£ = *
торм
{h±!fZ±)\ (IX.46)
откуда
Ьторм а = Ьторм* 2Г • "^' 47)
Так, например, при наличии короткого замыкания на
стороне // (/д = iK = — /j — /ш)
h
Ьщорм э — кm0pM : j^ £«hi«
Коэфициент km0pM3 уменьшается с уменьшением тока
/j на стороне, имеющей отдельную тормозную обмотку.
Отсюда следует, что для получения большей величи-
. нь*kmopM9 отдельную тормозную обмотку следует при-
соединять к трансформаторам тока со стороны главного
питания.
При наличии питания с двух сторон с реле
ИТ-156 в большинстве случаев оказываются
более целесообразными схемы, в которых каж-
дую из тормозных обмоток присоединяют к
трансформатору тока только одной стороны
трехобмоточного трансформатора, а транс-
форматор тока третьей -(питающей) стороны
приключают к зажиму рабочей обмотки реле.
На основании изложенного трехобмоточные
трансформаторы с двух- или трехсторонним пи-
танием можно защищать одним диференциаль-
ным реле с двумя тормозными обмотками
только в том случае, если питание с одной
320
стороны достаточно велико по сравнению с
питанием с другой стороны или с двух других
сторон.
Для трехобмоточных трансформаторов с многосторон-
ним питанием могут быть также использованы схемы с
двумя диференциальными реле на фазу (фиг. IX, 32), имею-
щими по две тормозных обмотки.; Действие такой схемы
возможно только при работе обоих диференциальных
реле, рабочие обмотки и контакты которых соединены
последовательно. Поэтому за эквивалентный коэфициент
торможения схемы в целом принимается кторм9 того
реле, которое обеспечивает большую величину торможе-
ния. Если при этом в случае сквозного короткого замы-
кания второе реле и сработает неправильно, неселектив-
ного действия защиты в целом не произойдет.
Рассматривая поведение этой схемы при различных
случаях короткого замыкания, можно установить [Л. 4],
что кторм9 ПРИ применении реле с двумя тормозными
обмотками типа ИТ-156 колеблется в пределах 0,267—0,4.
Таким образом может иметь место значительное сниже-
ние тормозного действия. Поэтому данная схема, принимая
во внимание также ее сложность, может быть допущена
к применению только в тех случаях, когда отсутствуют
реле с тремя тормозными обмотками и имеется эквива-
лентное питание с нескольких сторон*
Оценивая рассмотренные варианты диферен-
циальных защит трансформаторов, выполнен-
ные применительно к оборудованию ХЭМЗ,
можно сделать следующие общие выводы:
1) для двухобмоточных трансформаторов,
как правило, должна применяться защита с
более простыми реле по типу ИТ-156, не имею-
щими специальных блокировок от бросков на-
магничивающего тока;
2) если короткие на выводах,, трансформа-
торов сеточки зрения устойчивости системы в
целом должны отключаться без выдержки вре-
мени, допустимо применение реле типа КР-121
с использованием у него только двух тормоз-
ных обмоток, расположенных на общем магни-
топроводе; однако такую защиту целесообразно
сравнивать с вариантом использования реле по
типу ИТ-156 с добавлением максимальных то-
ковых защит с отсечкой или с вариантом пере-
хода на диференциальную отсечку или токо-
вую отсечку, мгновенно отключающие опасные
для системы короткие замыкания на выводах
трансформатора;
3) для трехрбмоточных трансформаторов с
односторонним питанием следует в большинстве
случаев применять такие же решения, как и
для двухобмоточных трансформаторов;
4) для трехобмоточных трансформаторов с
многосторонним питанием наиболее целесооб-
разно использовать реле с тремя тормозными
обмотками.
Если при этом трансформатор имеет больше трех
выключателей, приходится, используя приведенные выше
соотношения, в основном справедливые и для этого слу-
чая, выбирать наивыгоднейшее включение трех тормозных
обмоток, обеспечивающее наименьшее снижение kmopM9
по сравнению с kmopM.
Расчет диференциальных защит с тормозными
обмотками. Расчет диференциальных защит, осуществлен-
ных посредством реле с тормозными обмотками, произво-
21 Релейная защита
дится в основном, как и для обычных диференциальных
защит.
Минимальный допустимый коэфициент торможения
определяется, исходя из того, что при больших токах сквоз-
ного короткого замыкания iK9 /' т определяется в основ-
ном тормозным током, примерно равным iK; поэтому
Ян * 1нбтах =д ^торм' ^к
и
Кторм = *« 1к = ^нбтах% • (1Х,48)
Ток небаланса iH6max B процентах от тока iK при при-
менении маломощных трансформаторов тока может быть
определен из следующего соотношения:
'«бшах% = fmm°/o +fam*/* + Д"% + *%, (IX, 49)
где fmm% — максимальная ошибка в токе маломощного
трансформатора тока, т. е. его ток намагни-
чивания, выраженный в % от iK\
fan?/* — максимальная ошибка в токе добавочного
автотрансформатора; предполагается, беря
ошибку с плюсом, что он присоединен к
маломощному трансформатору тока и имеет
ошибку одного знака с последним;
АиУо — максимальный возможный процент регулиров-
ки коэфициента трансформации защищаемо-
го трансформатора, при которой не пере-
ставляются ответвления на автотрансформа-
торе тока;
д% — составляющая iHg, обусловленная прочими
факторами.
Необходимо отметить, что даваемые заводом „Элек-
троаппарат" 5% кривые для трансформаторов тока
(гл. II, § 12) отнесены к внешней нагрузке с таким cos<Pt
что дают примерно 10% значения токов намагничи-
вания; 10% кривые прямо отнесены к максимальной воз-
можной погрешности, т. е. к 10% значению тока намаг-
ничивания. Поэтому согласно указанным кривым, реко-
мендуемым для расчета диференциальных защит, прини-
мают fmm% =fam% = 10%. Принимая также Дмшах = 5%,
я% = 3% й £« = 1,3, получаем kmopM = 1,328 = 36,4%.
Начальный ток трогания защиты 1„тфу соответст-
вующий примерно току трогания защиты при малых тор-
мозных токах, определяется током намагничивания за-
щищаемого трансформатора и соответствующими значе-
ниями рассмотренных выше слагающих.
16. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
ТРАНСФОРМАТОРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
БЛОКИРУЮЩИХ РЕЛЕ
. Защита (см. гл. V, § 9) может быть применена как
для двухобмоточных, так и для трехобмоточных транс-
форматоров.
На фиг. IX, 33 представлена схема защиты трех-
обмоточного трансформатора посредством блокирующих
реле. В данном случае нормально замкнутые контакты
двух блокирующих реле, устанавливаемых для каждой
фазы,4 соединены последовательно с нормально разомкну-
тыми контактами максим а льиого токового реле.
При сквозных коротких замыканиях под влиянием iHe
контакты максимального токового реле могут замкнуться.
Однако вследствие размыкания контактов одного или
обоих блокирующих реле действия защиты не произойдет.
При замыканиях в пределах защищаемой зоны контакты
всех реле будут замкнуты и защита подействует на от-
ключение трансформатора.
Для '"защиты двухобмоточного трансформатора доста-
точно применить не два, а только одно блокирующее
реле на каждую фазу.
321
Для предотвращения неправильного действия защиты
при бросках намагничивающего тока защита должна снаб-
жаться выдержкой времени или специальными блокиров-
ками.
При сравнении характеристик защит при помощи реле
с тормозными обмотками и защит с блокирующими реле
было установлено (гл. V, § 11), что с точки зрения чув-
ствительности и селективности обе эти защиты примерно
одинаковы. По эксплоатационным качествам защита с бло-
кирующими реле менее совершенна (наличие нескольких
последовательно соединенных контактов, снижающих на-
отнл
трансфор-
матора с
замедлением
Фиг. IX.33. Принципиальная схема диференциальной за-
щиты трехобмоточного трансформатора с применением
блокирующих реле (для одной фазы).
дежность защиты, большее количество реле, особенно
при защите трехобмоточных трансформаторов).
Вследствие отмеченных недостатков в настоящее
время диференциальная защита трансформаторов с блоки-
рующими реле в новых установках, как правило, не при-
меняется, уступая место более совершенной защите при
помощи реле с тормозными обмотками.
17. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
ТРАНСФОРМАТОРОВ С РЕЛЕ ТИПА ТРАНСЛЕЙ
Принципиальная схема диференциальной-защиты двух-
обмоточного трансформатора с реле типа транслей (см.
гл. V, § 10) приведена на фиг. IX, 34.
Реле транслей, как и реле с тормозными обмотками,
«имеет ток трогания, зависимый от величины тока сквоз-
ного короткого замыкания. Однако характеристики реле
транслей несколько менее совершенны, чем у реле с тор-
мозными обмотками. Для предотвращения неправильного
действия защиты при бросках тока намагничивания реле
транслей применительно к защите трансформаторов вы-
полняется с выдержкой времени, зависящей от тока.
При осуществлении посредством реле транслей защи-
ты трехобмоточных трансформаторов необходимо соеди-
нять параллельно трансформаторы тока двух каких-либо
сторон. При этом в случае сквозного короткого замыка-
ния на одной из этих сторон при питании с другой из
них присоединенное к ним реле транслей будет работать
при отсутствии торможения или с недостаточным тормо-
жением. Поэтому защита транслей может применяться
для трехобмоточных трансформаторов только при наличии
одностороннего их питания или при незначительном пита-
нии с двух других сторон; параллельно должны соеди-
няться трансформаторы тока дзух приемных сторон за-
щищаемого трансформатора.
Защита транслей требует для своего осуществления
большого количества |реле, имеет несовершенные харак-
теристики тока трогания, для трехобмоточных трансфор-
маторов в ряде случаев неприменима. Никаких преиму-
ществ по сравнению с защитой при помощи диферен-
циальных. реле с тормозными обмотками она для рас-
сматриваемых целей не имеет. Поэтому в последнее вре-
мя она, как правило, для защиты трансформаторов не
применяется.
/%? откл
трамсфорАшторд
Фиг. IX, 34. Прин-
ципиальная схема
диференциальной
защиты двухобмоточного трансфор-
матора с применением реле типа
транслей (для одной фазы).
18. ЗАЩИТА С РЕЛЕ, ИМЕЮЩИМИ ТОРМОЖЕНИЕ
ОТ ВЫСШИХ ГАРМОНИЧЕСКИХ
В настоящее время на практике встречаются
схемы присоединения трансформаторов с по-
мощью более чем трех выключателей.
Диференциальные реле более чем с тремя
тормозными обмотками изготовляются редко.
Поэтому при использовании для защиты таких
трансформаторов реле с тремя тормозными об-
мотками можно иногда получить пониженное,
или даже недопустимо малое торможение. В та-
ких случаях может оказаться целесообразным
использование реле с торможением от высших
гармонических, дающего достаточно простое вы-
полнение схемы защиты (гл. V, § 12). Весьма
вероятна также возможность предотвращения
неправильного действия защиты при • толчках
тока намагничивания посредством торможения
реле его высшими гармоническими слагающими
(второй и третьей гармоническими), составляю-
щими значительную часть тока намагничивания
при больших толчках последнего.
Необходимо, однако, отметить, что фирма
GEC, поставляющая эти реле, выполняет их
также с, дополнительными нормальными тормоз-
ными обмотками. Отсюда можно сделать тот
вывод, что торможение от высших гармоник ис-
пользуется в первую очередь для предотвраще-
ния ДеЙСТВИЯ ЗаЩИТЫ ОТ ТОЛЧКОВ /нам*
322
19. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
Из рассмотренных выше способов повыше-
ния чувствительности диференциальных защит
наиболее совершенными являются способы, ис-
пользующие реле с тормозными обмотками и,
принципиально, реле с торможением от высших
гармонических.
Применительно к защитам трансформаторов
в настоящее время производственно и экспло-
атационно освоены только защиты при помощи
реле с тормозными обмотками. Они поэтому,
как правило, и применяются для осуществления
диференциальных защит трансформаторов. При
этом необходимо отметить, что диференциаль-
ные защиты любого типа устанавливаются в на-
стоящее время вне зависимости от других за-
щит только на трансформаторах большой мощ-
ности. В других случаях для обеспечения быст-
рого и селективного отключения трансформато-
ров следует выяснять возможность и целесооб-
разность установки только газовой защиты и
максимальных токовых защит с отсечкой.
20. ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для трансформаторов, заполненных маслом
и имеющих консерватор, в качестве защиты от
внутренних повреждений широкое распростране
Фиг. IX, 35. Внутреннее устройство газового реле.
ние получила так называемая газовая • защита.
В целом ряде случаев внутренних замыканий,
опасных для трансформатора, но обусловливаю-
щих лишь незначительные токи в реле, дифе-
ренциальная защита, а тем более максимальная
токовая могут отказать в действии ввиду недо-
статочной чувствительности.
Газовая защита трансформаторов в этом от-
ношении имеет значительное преимущество. Она
реагирует на все те внутренние повреждения,
21*
которые сопровождаются заметным выделением
газа, вызванным током через место пробоя, т. е.
практически на все повреждения внутри кожу-
ха трансформатора.
В отдельных случаях газовая защита спо-
собна реагировать на самые незначительные по-
вреждения и обнаружить их в начальный мо-
мент возникновения.
Сильное газообразование может произойти
только при значительном внутреннем поврежде-
нии; в таком случае немедленное отключение
трансформатора является безусловно необходи-
мым.
Незначительное газообразование обычно по-
является в результате менее опасных повреж-
дений. По условиям эксплоатации при некото-
рых из таких повреждений, а также при ненор-
мальных режимах работы, о них лишь сигнали-
зируют, предоставляя возможности обслуживаю-
щему персоналу в случае необходимости про-
изводить отключение вручную.
В качестве реагирующего органа защиты
служит газовое реле.
В последнее время подобные реле выпуска-
лись в частности заводом ХЭМЗ под названием
«Газовые реле типа
gR ЩЩ ^ ПГ» (поплавковое-газо-
вое). Реле представля-
ет 'со!бой ,(фиг. IX, 35)
герметически закрытый
fry—ц сосуд, имеющий вход-
ное и выходное отвер-
стия и устанавливае-
мый в рассечку трубо-
провода, соединяюще-
го бак трансформа-
тора с консерватором.
В резервуаре самого
реле имеются два расположенных один над
другим поплавка I я II (фиг. IX, 36), на
каждом из которых
укреплены нормально
разомкнутые ртутные'
контакты (фиг. 1Х,37).
При возникновении в
трансформаторе по-
вреждения с незначи-
тельным газообразова-
нием газы скопляются
в'верхней части реле.
Для их надежного про-
хождения через трубо-
провод и попадания в
реле бак трансформа-
тора устанавливается
с некоторым неболь-
шим наклоном (по-
рядка 2°7о1) по отношению к горизонту. По мере
скопления достаточного количества газов масло
вытесняется, и верхний поплавок, опускаясь, за-
323
Фиг. IX, 36. Поплавки
газового реле.
Фиг. 1Х,37. Принцип дейст-
вия ртутных контактов при
изменении положения
поплавка.
На
отключ
мыкает свои контакты, действующие на сигнал.
Слабое выделение газов не вызовет действия
нижнего поплавка, так как газ по заполнении
верхней части реле будет беспрепятственно про-
ходить в консерватор.
Причиной действия реле на сигнал может
послужить не только повреждение, но и про-
никновение в трансформатор воздуха или пони-
жение уровня масла.
При бурном газообразовании, сопровождаю-
щем серьезное повреждение, масло из транс-
форматора вытесняется в консерватор и своей
струей^ опрокидывает расположенный на пути
нижний поплавок, действующий на мгновенное
отключение трансформатора.
При значительном понижении уровня масла
в трансформаторе вследствие течи или яепреду-
tlа сигнал
Фиг. IX, 38.
Схема включе-
ния цепей опе-
ративного тока
газовой защиты
трехфазного
трансфор-
матора.
смотренного сильного охлаждения могут замк-
нуться оба контакта последовательно один за
другим.
Защита может подействовать на отключение
и при сверхтоках, обусловливающих испарение
соприкасающегося с обмоткой масла в защища-
емом трансформаторе. Газовая защита как за-
щита от сверхтоков, однако, никогда не исполь-
зуется ввиду ее ненадежного действия в этом
случае.
Для регулирования реле на .срабатывание
при определенной скорости масла • нижний по-
плавок снабжен регулятором в виде перемещаю-
щегося вокруг поплавка груза.
Схема включения цепей оперативного тока
для трансформатора с одним баком приведена
на фиг. IX, 38. В зависимости от характера по-
вреждения газовое реле 1 действует или на
сигнал или на отключение, посылая импульс на
промежуточное реле 2. Так как иногда контакты
нижнего поплавка, вибрируя, замыкаются на
очень короткое время, для надежности действия
защиты применяют промежуточное реле 2,
включенное по схеме на прилипание контактов,
ббеспечивающее подачу длительного импульса
на отключающие катушки выключателей.
Для возвращения реле в исходное положе-
ние требуется выпустить газ из основного ре-
ле / через верхний краник (фиг. IX, 35) и на-
жать кнопку у реле 2 (фиг. IX, 38).
При ртутных 'контактах реле необходим^
тщательно следить за правильным присоедине-
нием источника оперативного тока к контактам
реле, так как пары ртути пропускают ток толь-
324
ко в одном направлении от полюса вне ртути к
полюсу, соединенному с ртутью.
Достоинством защиты является ее простота,
высокая чувствительность и небольшая стои-
мость.
К недостаткам защиты относится то, что она
не способна действовать при повреждении вне
бака трансформатора и поэтому не может пол-
ностью заменить диференциальную или токовую
защиту, действующую и в этих случаях.
Практика отмечает также целый ряд непра-
вильных действий газовой защиты, в большин-
стве! случаев свидетельствующих о недостаточ-
ном соблюдении обслуживающим персоналом
существующих правил эксплоатации и обуслов-
ленных преимущественно:
а) отсутствием наблюдений за уровнем
масла;
б) доливкой или очисткой масла при вклю-
ченном контакте реле «на отключение»;
в) неправильными операциями при пуске
масляного насоса.
При получении сигнала дежурный персонал
должен проверить температуру масла и обмоток
трансформатора, уровень масла, а если по уело
виям безопасности допустимо произвести осмотр
реле, то и характер скопившихся в нем газов.
По расцветке и степени воспламеняемости
газа можно ориентировочно судить о причине и
характере повреждения [Л. 5]. Невоспламеняю-
щийся газ без цвета и запаха указывает на на-
личие воздуха в масле. Беловатый газ, невос-
пламеняющийся, с острым запахом указывает
на повреждение изолирующих материалов (бу-
маги, оплетки и т. п.). Желтоватый газ, трудно
воспламеняющийся, указывает на повреждение
деревянных частей. Темносерый или черный,
легко воспламеняющийся газ указывает на
перекрытие в масле или на чрезмерный пере-
грев масла, сопровождающийся его разложе-
нием.
При определении горючести газа огонь
(обычно зажженная спичка) держится несколь-
ко в стороне от крана. Во избежание взрыва
совершенно недопустимо подносить огонь к от-
крытым отверстиям консерватора или трансфор-
матора: для проверки горючести газа следует
пользоваться исключительно специальными кра-
никами. f
Если сигнал свидетельствует о наличии воз-
духа, то скопившийся воздух выпускается, и
устанавливается наблюдение за интервалами
дальнейших сигналов.
В отдельных случаях и в результате разру-
шения изоляции может происходить выделение
бесцветного невоспламеняющегося газа. Если в
результате выделения такого газа происходят
повторные сигналы, то необходимо произвести
анализ газа и уже по составу судить об его
происхождении.
При внутренних повреждениях принимаются
срочные меры к отключению трансформатора.
Газовая защита, как уже указывалось выше,
применяется ко всем трансформаторам, имею-
щим масло в качестве изолирующей среды, на-
чиная с мощности 560—1 000 kVA и более.
21. ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ НА
ОПЕРАТИВНОМ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
Газовая защита трансформаторов должна
надежно действовать как при повреждениях,
сопровождающихся значительными понижения-
Фиг. 1Х,39. Схема газовой
защиты с двумя независи-
мыми оперативными цепями
отключения.
Наилучшей схемой питания могла бы являть-
ся такая j [Л. 6], в которой имелись бы две не-
зависимее оперативные цепи отключения: од-
на — от трансформаторов напряжения, дру-
гая — от трансформаторов тока (фиг. IX, 39).
Однако для этого газовое реле должно
цметь два контакта, действующих на отключе-
ние. Конструктивно это выполнить возможно,
но соответствующих реле в настоящее время
заводы не выпускают. Поэтому рассмотренная
схема на практике не используется. На необслу-
живаемых подстанциях для ее выполнения мо-
жет быть использован в качестве второго кон-
такт, предназначенный для сигнализации. Одна-
ко полноценно он не может заменить контакта,
действующего на отключение, так как работает
по другому принципу.
Более сложной схемой, обеспечивающей питание опе-
ративных цепей от тока и напряжения, является комби-
нированная схема (фиг. IX, 40).
Нормально к схеме подводится линейное напряжение
от измерительного трансформатора напряжения. При сни-
жении этого напряжения до значения, неспособного обес-
печить надежное действие привода выключателя, произво-
дится автоматическое переключение оперативных цепей
посредством реле минимального напряжения на промежу-
точный насыщающийся трансформатор тока специальной
конструкции. Фазы для включения трансформаторов тока
н напряжения выбираются так, чтобы было обеспечено
надежное питание при всех многофазных замыканиях
с обеих сторон трансформатора. При этом допускается,
что при двухфазных замыканиях с питаемой стороны за
„ счет соединения обмоток трансформатора по схеме звезда-
От транс-
форматора
напряжения
Фиг. 1Х,40. Комбинированная схема питания
оперативных цепей газовой защиты.
От транс-
форматора*
напряжения
Фиг. 1Х,41. Питание оператив-
ных цепей газовой защиты от
трансформатора напряжения.
ми напряжения, так и при таких, которые со-
провождаются небольшими токами в цепи по-
врежденного трансформатора. л
Поэтому питание оперативных цепей газовой
защиты только от цепей напряжения перемен-
ного тока защищаемой установки (наприйер,
через измерительный трансформатор напряже-
ния) или только от промежуточных насыщаю-
щихся трансформаторов тока .(гл. II, § 13) прин-
ципиально нежелательно.
треугольник на питающей стороне токи во всех трех фа-
зах будут иметь достаточную величину.
Промежуточный трансформатор тока, как заменяющий
питание от цепи напряжения, должен иметь большое чис-
ло витков и на зажимах его нормальной разомкнутой об-
мотки могут появляться недопустимые пики перенапряже-
ний (гл. II, § 13). По этой причине, а также ввиду до-
статочной сложности, и эта, схема не получила распро-
странения на практике.
При коротких замыканиях в трансформаторе, сопро-
вождающихся значительными понижениями напряжения,
действие газовой защиты в большинстве случаев 'будет
резервироваться токовой защитой.
325
Поэтому в настоящее время считают допу-
стимым ввиду отсутствия совершенных схем пи-
тать оперативные цепи газовой защиты только
от напряжения по схеме фиг. IX, 41.
22. НАЗНАЧЕНИЕ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ
ВЫПОЛНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ТРАНСФОР-
МАТОРОВ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ
При замыкании обмотки трансформатора на землю
{на корпус) токи в месте повреждения представляют зна-
чительную опасность для трансформатора. Особенно боль-
ших значений токи могут достигать при однофазном за-
мыкании на стороне той обмотки трансформатора, на ко-
торой имеет место глухое заземление нулевой точки.
В системах с малыми токами замыкания на землю
величина токов повреждения незначительна,' но при до-
статочной длительности они могут послужить причиной
развития аварии.
Однофазные замыкания на землю, если они сопро-
вождаются (Значительными токами в месте повреждения,
могут приводить в действие продольную токовую дифе-
ренциальную защиту или газовую защиту. Однако при
малых токах замыкания на землю диференциальная за-
щита может не подействовать; если при этом поврежде-
ние произойдет вне кожуха трансформатора (например,
перекрытие наружной втулки), не сработает и газовая
защита.
В данном параграфе рассматриваются вопросы защи-
ты от однофазных замыканий на «землю в системах с ма-
лым током замыкания на землю, когда диференциальная
и тем более максимальная токовая защита по своей чув-
ствительности не могут дать удовлетворительного реше- ,
ния, и приходится применять иногда специальные защит- i
ные устройства, действующие только при замыканиях на
землю.
К числу таких защит относятся:
1) максимальная токовая защита нулевой последова-
тельности;
2) защита максимальной мощности нулевой последо-
вательности с компенсацией или без компенсации тока
небаланса.
23. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Принципиальная схема максимальной токовой защиты
нулевой последовательности для одной из обмоток транс-
форматора приведена на фиг. IX, 42. Порядок определе-
у*53™" метров (ток тгроганш в
.выдержка времени) ос-
тается точно таким же,
что и при макшмаль-
ной токовой защите
(нулевой последователь-
ности, применяемой на
линиях (гл. II, § 19).
Эта защита часто
осуществляется при по-
мощи максимального
такового реле, включае-
мого в нулевой провод
(максимальной токовой
защиты от сверхтоков,
это позволяет получить
экономию © тршсфор-
маторак тока, однако за
счет некоторого увели-
чения iH6. ,
Защищаемой зоной при этом является обмотка транс-
форматора данного напряжения и выводы до места при-
соединения трансформаторов тока. Защита трансформатора
должна быть не менее чувствительной, чем защита участ-
ков сети, расположенных между трансформатором и ме-
стом заземления нулевой точки. Защита трансформатора
от однофазных замыканий на землю считается вполне
удовлетворительной, если при металлическом замыкании
в обмотках, соединенных в треугольник, она защищает
все 100% витков, а при соединении обмоток в звезду—*
не менее 50 -*- 70°/о витков.
Рассмотренная защита для обеспечения селективно-
сти обычно устанавливается с высоковольтной стороны
(б -5- 10 kV) понижающих трансформаторов потребителей,
если питающие их линии имеют защиту от замыканий на
землю, работающую на отключение. При действии этой
защиты на сигнал или при ее отсутствии рассматривае-
мая защита на трансформаторах также в целях упроще-
ния не устанавливается.
24. ЗАЩИТА МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ С КОМПЕНСА-
ЦИЕЙ ТОКА НЕБАЛАНСА
В последнее время при защите трансформаторов от
замыканий на землю находит применение также так назы-
ваемая схема максимальной мощности нулевой последова-
тельности с компенсацией токов небаланса. По принципу
своему эта схема аналогична защите максимальной мощ-
ности, применяемой для линий и генераторов от однофаз-
ных замыканий на землю в обмотках статора.
Схема защиты трансформатора применительно к усло-
вию заземления нулевой точки вне защищаемой зоны
представлена на фиг. IX, 43. Ток замыкания на землю,
необходимый для действия защиты, создается в системе
защищаемой обмотки трансформатора искусственным пу-
тем. Для этой цели практически используется ток от за-
земленных нулевых точек генераторов, синхронных ком-
пенсаторов или трансформаторов собственного расхода,
установленных в системе данного напряжения. Реле мак-
симальной мощности питается от фильтров токов и на-
пряжения нулевой последовательности. Напряжение нуле-
вой последовательности подводится обычно от трансфор-
матора напряжения, установленного на ,шинах (на схеме
фиг. IX, 43 не указан) и имеющего или специальные до-
| 4 <* Я^ |
Фиг. 1Х,42. Прин-
ципиальная схема
максимальной то-
ковой защиты ну-
левой последовательности от
однофазных замыканий на зем-
лю в обмотке трансформатора.
326
Фиг. IX, 43. Принципиальная схема защиты максималь-
ной мощности нулевой последовательности с компенсацией
токов небаланса,
яолнительные обмотки (пятистержневой трансформатор)
или соединение вторичных обмоток в разомкнутый тре-
угольник.
Расчет защиты производится, так же как и тхри за-
щите максимальной мощности нулевой последовательности,
с компенсацией токов небаланса, применяемой на генера-
торах и линиях от однофазных замыканий. При замыка-
нии на землю в обмотке трансформатора ток повреждения,
ограниченный заземляющим сопротивлением R3, проходит
через соответствующие трансформаторы тока и приводит
реле в действие.
Тормозной ток imopM от цепи напряжения, подавае-
мый дополнительно в токовую цепь, удерживается доба-
вочным сопротивлением Га <в пределах, требуемых по ус-
ловиям селективности; согласно схеме присоединения реле
ири любом замыкании на землю этот ток обусловливает
момент, действующий в сторону - размыкания контактов
реле мощности.
При внешнем однофазном замыкании imopju частично
компенсирует действие iH6 и этим дает возможность вы-
брать более чувствительное реле мощности.
1. НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ
Генератор и трансформатор составляют аг-
регат, если генератор работает на систему непо-
средственно через свой, обычно повышающий,
трансформатор.
Так как агрег^" состоит из генератора и
трансформатора, то все виды повреждений и не-
нормальных режимов работы каждого из них в
отдельности могут возникнуть и в данном слу-
чае. Поэтому н<а агрегатах генератор-трансфор-
матор должны быть предусмотрены защитные
устройства, реагирующие на те же -виды по-
вреждений и ненормальных режимов работы, на
которые должна реагировать защита генератора
и трансформатора в том случае, когда каждый
из них работает раздельно.
Однако в связи с тем, что в рассматривае-
мом случае генератор и трансформатор пред-
ставляют один рабочий агрегат, некоторые из
их защит могут быть использованы для защиты
его в целом. Общее количество защит, устанав-
ливаемых на агрегате, при этом уменьшается.
Защита агрегатов в некоторой степени видо-
изменяется в тех случаях, когда на генератор-
ном напряжении имеется ответвление к шинам
генераторного напряжения или к трансформа-
тору.
Трансформатор на ответвлении бывает, как
правило, понижающим и используется для пи-
тания собственных нужд станции. Этот транс-
форматор с точки зрения его защиты следует
рассматривать как часть агрегата только в том
случае, если между ним и точкой отпайки от-
ветвления не имеется автоматического выклю-
чателя.
Так как 1торм действует всегда на размыкание кон-
тактов реле, то при замыкании на землю в -защищаемой
зоне он будет также противодействовать необходимому
отключению трансформатора.
Однако выигрыш в чувствительности защиты, полу-
чаемый от применения реле с уменьшенной мощностью
трогания, оказывается больше проигрыша от наличия тор-
мозного тока. Поэтому защита в целом более чувстви-
тельна, чем защита мощности без компенсации.
При внешних многофазных замыканиях во избежание
неселективного отключения трансформатора от повышен-
ных iH6 защита может выводиться из действия специаль-
ной блокировкой, как то делается у генераторов. В этом
случае защита, как и рассмотренная выше токовая, вы-
полняется мгновенно действующей. Отстройка от токов
небаланса при сквозных коротких замыканиях может быть
осуществлена также выдержкой времени. Защита макси-
мальной мощности с компенсацией тока небаланса приме-
няется в тех случаях, когда более простая токовая за-
щита нулевой последовательности оказывается недостаточ-
но чувствительной.
При возникновении повреждения защита
должна отключить агрегат от системы и
привести в действие автомат гашения поля
(АГП).
Автоматические противопожарные устрой-
ства в случае их установки должны приводиться
в действие только от защит, реагирующих на
внутренние повреждения в генераторе.
2. ПРИНЦИП ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРОВ
ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Способ защиты генератора от однофазных
замыканий,на землф видоизменяется в зависи-
мости от наличия или отсутствия у агрегата
ответвления на генераторном напряжении и
сцособа его выполнения — на трансформатор
иЛи непосредственно на шины генераторного
напряжения.
Защита от однофазных замыканий на
землю при отсутствии ответвления. При ра-
боте генератора непосредственно на транс-
форматор осуществление защиты генератора
от однофазных замыканий на землю весьма
облегчается по сравнению со случаем его не-
посредственной работы на шины генераторного
напряжения, так как в рассматриваемом случае
генератор электрически не связан с системой
и однофазные замыкания на землю в системе,
если в первом приближении пренебречь ем-
костью между обмотками высшего и низшего
напряжений трансформатора, не вызывают появ-
ления слагающих нулевой последовательности
в токах и напряжениях генератора. Благодаря
этому не требуется применение сложных схем,
обеспечивающих селективность работы защиты
при замыканиях вне защищаемой зоны.
327
ГЛАВА X
ЗАЩИТА АГРЕГАТОВ ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР
Защиту принципиально возможно выпол-
нить, используя появление слагающих напря-
жения или тока нулевой последовательности
при замыканиях на землю в системе генера-
торного напряжения.
На фиг. Х,1 приведена принципиальная схе-
ма, использующая для работы реле напряже-
ние нулевой последовательности. Нулевая
точка генератора заземляется через измери-
тельный трансформатор напряжения. К зажи-
сгдлцугд&а
Фиг. X, 1. Защита от
однофазных замыканий
на землю посредством
максимального реле на-
пряжения.
Фиг. X,2. Схема замеще-
ния агрегата для случая
замыкания на землю на
вторичной стороне его
трансформатора с учетом
емкости между обмот-
ками последнего.
мам его вторичной обмотки присоединяется
максимальное реле напряжения мгновенного
действия.
Для оценки данной схемы следует рассмо-
треть ее поведение при однофазных замыка-
ниях на (землю на вторичной стороне транс-
форматора (фиг. Х,2) с учетом емкости ЗС
между его обмотками (С—емкость между об-
мотками каждой фазы).
Ток 1С направляется в этом случае через
емкостное сопротивление—g^g- и последова-
тельно включенное с ним сопротивление, со-
стоящее из двух параллельных ветвей. Одна
из них включает эквивалентный импеданс ZH
трансформатора напряжения о присоединенным
реле, другая — емкостное сопротивление по
отношению к земле —т^- трех фаз цепи ге-
нераторного напряжения. Емкость Cs каждой
фазы этой цепи складывается из емкости
статорной обмотки генератора, емкости шин
или кабелей, соединяющих его с трансфор-
328
матором, и емкости первичной обмотки транс-
форматора.
При металлическом замыкании на землю
во внешней сети, имеющей нулевую точку
изолированной или заземленной через высоко-
омное сопротивление,ток 1С определяется на-
пряжением нулевой последовательности, рав-
ным полному фазному напряжению .1)ф.в вто-
ричной стороны трансформатора:
h u*: i . (x.i)
/ Zh' d<oCv
3<oC
zK
3u>Gv
. Нулевая точка генератора и, следовательно,
его фазы получают при^ этом по отношению
к земле смещение:
. z«~
U 1г
«-'О — * С
7
£.н —
J
3coCs
J
" ЗшС«
и*
l4_9L Z_
x+ С 8vCZH
(X,2)
Практический интерес представляет вели-
чина смещения, выраженная через фазное на-
пряжение генератора, равное напряжению
первичной обмотки трансформатора £^.л.
При коэфициенте трансформации трансфор-
г, ^ф.в
матора п ифлП= —— ,
Uo =
1
Cs
i+тг—
; П-иф.п. (Х,3)
Зсо CZH
Выражение (Х,3) показывает, что смещение
U0 тем больше, чем меньше емкость системы
генераторного напряжения Cs. Емкость ЗС
между обмотками трансформатора примерно
равна 0,01 MF [Л. 1]. Емкости Cs часто бывают
невелики, соизмеримы с С. Сопротивления ZH
имеют большие значения и существенно сни-
зить U0 не могут. Поэтому в системе фиг. Х,1
при однофазных замыканиях на землю во внеш-
ней сети возможно в ряде случаев появление
смещений, не только требующих ^недопусти-
мого загрубления защиты, но и представляю-
щих опасность для целости изоляции обмоток
статора.
Для снижения величины смещения до до-
пустимой величины, за которую обычно при-
нимается 10% фазного напряжения генерато-
ра, нулевую точку генератора заземляют через
активное сопротивление.
Активное сопротивление может быть вклю-
^ чено во вторичную цепь заземляющего транс-
* форматора (фиг. Х,3) или непосредственно
между нулевой точкой генератора и землей
(фиг. Х,4).
На практике, как правило, применяется
второй вариант, причем в нем вместо реле
напряжения используется максимальное токо-
вое реле. Этот вариант подробно рассматрива-
ется ниже. Схема же фиг. Х,1 допускается
обычно только для агрегатов с высшим напря-
жением повышающего трансформатора до 35 kV
в тех случаях, когда величина U0 лежит в до-
пустимых пределах.
Фиг. X, 3. Включение актив-
ного сопротивления на вторич-
ную обмотку заземляющего
трансформатора для снижения
величины смещений напряже-
ний на генераторе при при-
менении для него защиты от
замыканий на землю посред-
ством реле напряжения.
Фиг. Х,4. Токовая за-
щита нулевой последова-
тельности от од&юфазных
замыканий на землю.
На фиг. Х,4 приведена принципиальная схе-
ма, использующая для работы реле ток нуле-
вой последовательности. Нулевая точка гене-
ратора заземляется через активное сопротив*-
ление R3. Его величина подбирается таким
образом, чтобы создать ток достаточный
для защиты необходимого процента витков
при допустимой величине U0.
Последовательно с сопротивлением в цепь
заземления включается измерительный транс-
форматор тока с коэфициентом трансформации
ля = -§-==1. К зажимам его вторичной обмотки
присоединяется максимальное реле тока мгно-
венного действия. Трансформатор тока служит
для изоляции вторичных токовых цепей защи-
ты от первичной цепи высокого напряжений
и для удобства осуществления подвода тока
к реле, размещаемому обычно совместно с
другими реле защиты станции на специальном
релейном щите.
Защита от однофазных замыканий на
землю при наличии ответвления. При нали-
чии у агрегата ответвления на генераторном
напряжении на трансформатор (фиг. Х,5) за-
щита генератора от однофазных замыканий
на землю принципиально выполняется так же,,
как и при отсутствии ответвления, т. е. приме-
няется токовая защита нулевой последователь-
ности (фиг. Х,4)
Фиг. X, 5. Агрегат
с ответвлением на
трансформатор.
Фиг. X, 6. Агрегат
с ответвлением не-
посредственно на
шины генератор-
ного напряжения.
В том случае, когда трансформатор ответ-
вления имеет со стороны генераторного на-
пряжения автоматический выключатель, эта
защита должна при срабатывании отключать
его в первую очередь. Тогда замыкания на
землю на генераторном напряжении за выклю-
чателем ответвления будут отключаться селек-
тивно, с оставлением агрегата в работе. f
Если после отключения ответвления замы-
кание на землю не ликвидируется, защита мо-
жет действовать на отключение всего агрегата.
При наличии у агрегата ответвления непо-
средственно на шины генераторного напряже-
ния (фиг. Х,6) защита генератора от однофаз-
ных замыканий на землю выполняется, как и
для случаев его работы на шины генератор-
ного напряжения (гл. VIII).
3. ПАРАМЕТРЫ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Ток трогания. При отсутствии замыкания
на землю в защищаемой зоне через токовое
реле могут протекать токи, определяемые
наличием емкости С между обмотками транс-
форматора и отклонением формы кривой фаз-
ных напряжений генератора от синусоиды.
Ток /с, определяемый наличием емкости
между обмотками трансформатора, возникает
329>
30J0
при замыканиях на землю на вторичной сто-
роне трансформатора. Величина 1с может быть
вычислена с помощью схемы фиг. Х,2 и выра-
жения (X, 1), если в них вместо ZH подставить
величину активного заземляющего сопротив-
ления R3.
Емкостное сопротивление 3 с между об-
мотками трансформатора бывает обычно до-
статочно большим по сравнению с величина-
ми Я* и "aij •
Поэтому при-
ближенно
/c=3^(oCi/oe, (X,4)
где kx— коэфици-
ент, учитываю-
щий распределе-
ние напряже-
ния нулевой по-
следовательности
вдоль обмоток
трансформатора.
Если вторичная
обмотка транс-
форматора присо-
единена к систе-
ме с малым током замыкания на землю, вели-
чина напряжения нулевой последовательности
остается примерно одинаковой во всех точках
системы, поэтому kt = l.
Если нулевая точка вторичной обмотки
трансформатора заземлена наглухо, напряже-
ние нулевой последовательности в ней равно
нулю; в этом случае kx<Cl (~0,5).
Ток /с, направляясь через емкости С, раз-
деляется далее на две части, одна из которых
идет через сопротивление R3, а другая через
емкость Cz .
При соединении мощного генератора с транс-
форматором кабелями емкостное сопротивле-
может быть относительно неболь-
rtj
Фиг. X, 7. Схема замещения ну-
левой последовательности для
прохождения токов тройной ча-
стоты.
ние
I
3(оС
Е
шим, соизмеримым с Ra\ Поэтому в общем
случае следует считать, что через сопротивле-
ние R3 у а следовательно, и через токовое
реле, включенное последовательно с ним по-
средством трансформатора тока, идет ток
k2 /с, где коэфйциент £2<1 [Л. 2].
Вторая слагающая токов в реле при отсут-
ствии повреждения в защищаемой зоне опре-
деляется отклонением формы кривой напряже-
ния генератора от синусоиды [Л. 3].
По нормам это отклонение в линейных на-
пряжениях не должно превосходить 5 %. Для
фазных напряжений оно не нормировано.
Отклонение, формы кривой напряжения
обычно увеличивается с возрастанием нагрузки
генератора за счет реакции якоря и некоторых
других факторов. Более сильно это сказыва-
ется в машинах с явно выраженными полюсами
(гидрогенераторах).
Высшие гармонические слагающие фазных
напряжений генератора, не кратные трем, яв-
ляются напряжениями положительной или от-
рицательной последовательностей и поэтому
не создают тока в цепи заземления нулевой
точки генератора.
Слагающие тройной и кратной трем ча-
стоты являются напряжениями нулевой после-
довательности, совпадают в трех фазах гене-
ратора по фазе и создают ток в сопротивле-
нии R3 и реле.
В первом приближении достаточно учесть
только ток тройной частоты. Для него емкост-
ные сопротивления каждой фазы цепи генера-
торного напряжения в три раза меньше, чем
для основной гармоники, и равны 3(t)cs •
Согласно схеме замещения нулевой после-
довательности (фиг. X, 7) ток тройной частоты
в сопротивлении R3
* У'*+Ы*У ' (Х'5>
где Unz — третья гармоника напряжения.
При несимметричных повреждениях в кривых фазных
напряжений генератора появляются дополнительные не-
четные гармоники, в частности. третья и кратные трем.
При возникновении, например, замыкания между двумя
фазами пульсирующее поле реакции якоря разлагается
на два, вращающихся в противоположные стороны со
скоростью «о. Поле, вращающееся синхронно с полем
ротора, не индуктирует в последнем никаких э. д. с.
Поле; вращающееся в сторону, противоположную
вращению ротора, индуктирует в последнем э. д. с, а
следовательно, и токи деойной частоты. Магнитный поток,
создаваемый этими токами, индиктирует в статорной об-
мотке э. д. с. тройной частоты.
Эти высшие гармонические в кривой напряжения
генератора в противоположность рассмотренным выше
являются напряжениями положительной последователь-
ности. Это такие же фазные напряжения, сдвинутые друг
относительно друга на углы в 120 электрических граду-
сов, какие индуктировались бы в статорной обмотке
генератора при вращении eFo ротора со скоростью,
в три раза большей номинальной.
Как напряжения положительной последовательности
они не создают тока в цепи реле.
Для обеспечения селективного действия
рассматриваемой защиты ток трогания токо-
вого реле Ip. m должен быть больше максималь-
ного тока, который может через него проходит
при нормальной работе генератора и повреж-
дениях на вторичной стороне трансформатора.
Этот ток в общем случае складывается
из двух слагаемых тока k2 Ic* определяемого
наличием емкости между обмотками трансфор-
матора, и тока /т, определяемого высшими
гармониками в напряжении генератора:
Величина 1р.т устанавливается обычно при-
мерно в пределах 0,3 — 1 А.
Выдержка времени. Принципиально защита
может быть выполнена мгновеннодействую-
щей. Принимая, однако, во внимание возмож-
ность появления в реле повышенных токов,
например, в начальные моменты сквозных ко-
ротких замыканий, величины которых не под-
даются расчету и обычно не могут быть заме-
рены при наладке защиты, последняя часто
снабжается выдержкой времени порядка 0,5 сек.
/ I Фиг. X, 8. Графическое определение мертвой зоны
у токовой ^защиты нулевой последовательности.
Защищаемая зона. В защищаемую зону
входит обмотка статора генератора, кабели
или щины, соединяющие его с трансформато-
ром, и первичная обмотка трансформатора.
По принципу своего действия защита не мо-
жет защитить все 100% витков обмотки
генератора, так как ток 13, проходящий через
заземляющее сопротивление, по мере прибли-
жения места повреждения к нулевой точке
генератора уменьшается до нуля.
Величина мертвой зоны защиты, при по-
вреждении в пределах которой она отказывает
в действии, измеряется долей незащищенных
витков хуУ считаемых от нулевой точки гене-
ратора.
Величина мертвой зоны определяется, исходя
из следующих соображений:'
Ток в месте повреждения, проходящий
через заземляющее сопротивление R3 и реле,
1з = Ж = "75й в а/з max- <X'7)"
Таким образом ток 13 изменяется прямо
пропорционально доле замкнувшихся витков.
На фиг. X, 8 он изображен поэтому в виде
прямой, проходящей через начало координат.
Ток трогания 1р.т не зависит от доли зам-
кнувшихся витков и поэтому на той же диа-
грамме изображен в виде прямой, параллель-
ной оси абсцисс.
Доля или процент незащищенных витков, пре-
небрегая высшими гармоническими тока в реле,
определяется точкой пересечения прямых
/ з И 1р. т*
Аналитическое выражение для ах получается,
если в выражении (X, 7) h приравнять /р.т.
Тогда
«** =уНг100-*7~"1оа М
Величина заземляющего сопротивления
Качество всякой защиты от замыканий на
землю характеризуется прежде всего тем мак-
симальным током замыкания на землю /зтах,
который необходимо создать для обеспечения
определенного процента защищенных витков
(100 —0^)%, или процентом защищенных вит-
ков, получаемым при данном токе /Зшах.
Рассматриваемая схема является в этом
отношении значительно более полноценной,
чем защита максимальной мощности нулевой
последовательности с компенсацией тока не-
баланса, применяемая для генераторов, рабо-
тающих непосредственно на шины генератор-
ного напряжения (гл. VIII, §15).
Поэтому ее использование обычно дает
возможность обеспечить при небольшом искус-
ственно созданном токе /зтах такой процент
защищенных витков, при котором поврежде-
ния в мертвой зоне сопровождаются напряже-
ниями по отношению к земле, не превосходя-
щими 500 V (см. гл. VIII, § И).
Так, например, для генератора с номиналь-
ным напряжением 10,5 kV допустимый процент
500-100 о Л/ и
незащищенных витков а*= — ^ 8 %. Не-
10 500/3
обходимый для получения 100 — 8 = 92 % за-
щищенных витков ток /зтах согласно (Х,8) при
пт = \ и ip.m — \ А равен /дmax6» 12,5 А.
При повреждениях кабелей или шин, со-
единяющих генератор с трансформатором, и
первичной обмотки трансформатора специаль-
ных требований к чувствительности защиты
не предъявляется, так как она, будучи рас-
считана на более тяжелый случай — защиту
статорной обмотки, при других повреждениях
оказывается всегда достаточно чувствитель-
нее.
Трансформатор агрегата обычно имеет пер-
вичную обмотку соединенной в треугольник.
Ни одна из точек этой обмотки не имеет по
отношению к земле напряжения, равного нулю.
Минимальное значение этого напряжения,
равное половине фазного (0,5£/#.л), имеют
точки, расположенные в середине обмоток
(фиг. VIII, 47).
Поэтому установленная на генераторе агре-
гата защита от однофазных замыканий на землю
должна защищать все 100 % витков обмотки
трансформатора, соединенной в треугольник.
331
В некоторых, однако, случаях осуществление защиты
в рассмотренном выполнении встречает затруднения.
Так, например, может быть, когда генератор, имеющий
значительные слагающие тройной и кратной трем частоты
в кривой фазного напряжения, соединен с трансформато-
ром кабелями со сравнительно большой емкостью по от-
ношению к земле.
Для отстройки от повышенных значений токов высших
гармонических повышается ток трогания защиты tp. т.
Для''обеспечения необходимого процента защищенных
витков в соответствии с (X, 8) увеличивается /Зшах, по-
средством уменьшения R3.
Однако процент незащищенных витков ах не сокра-
щается при этом соответственно R3, так как при умень-
шении R3) как то следует из (X, 5), возрастает ток 1т трой-
Фиг. Х,9. Электромаг-
нитное реле с дополни-
тельной обмоткой, замк-
нутой на конденсатор для
устранения влияния на
его работу токов выс-
ших гармоник.
ной частоты, и поэтому
приходится дополнитель-
но повышать ip. т.
(Способы повыше-
ния чувствительности
защиты. Существуют
способы, уменьшающие
или почти полностью
устраняющие влияние
высших гармоник тока
на работу защиты.
Первым из них яв-
ляется использование
размагничивающей об-
мотки, размещаемой на
магнитопроводе электро-
магнитного токового ре-
ле (фиг. X, 9).
В цепь обмотки включен конденсатор емкостью С.
Для токов нормальной частоты его сопротивление
——- достаточно велико и размагничивающее действие
этой обмотки мало.
Для высших гармоник тока с я-кратной частотой по
отношению к нормальной сопротивление конденсатора
уменьшается в п раз.
Действие размагничивающей обмотки соответственно
увеличивается^ за счет возрастания в ней тока. Этим
в значительной мере ослабляется влияние высших гармо-
ник тока на работу реле.
Рассмотренный способ, как не требующий никакого
усложнения схемы защиты, может быть рекомендован
к применению во всех случаях, когда имеются реле рас-
смотренной конструкции. -
Вторым способом является включение токового реле
через частотный фильтр (фиг. X, 10) того или иного типа,
отфильтровывающий высшие гармоники тока и пропу-
скающий через реле почти чистую первую гармонику тока.
332
Эти фильтры, в особенности более7 совершенные из
них по отфильтровыванию высших гармонических, полу-
чаются часто довольно громоздкими. Поэтому их приме-
нение может быть признано целесообразным только в тех
случаях, когда уменьшение заземляющего сопротивления
R3 не дает удовлетворительных результатов»
4. СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ
Агрегат без ответвления на генераторном
напряжении. Применяется токовая защита ну-
левой последовательности (фиг. X, 11).
Трансформатор тока, предназна-
ченный для защиты, может вклю-
--——. чаться между сопротивлением и зем-
Д—яшэ лей, как показано на фиг. X, И, или
между нулевой точ-
кой генератора и
сопротивлением.
/ В последнем слу-
чае защита будет
действовать и при
двойных замыканиях
на землю, когда
одно из мест по-
вреждения находит-
ся в заземляющем
Частот-
ный
фильтр
Фиг. Х,Ю. Условное
изображение токовой
защиты нулевой по-
следовательности с
выключением реле
через фильтр, отфиль-
тровывающий токи
высших гармоник.
— Нпротиво-
пожарному
устройству
сопротивлении,
Фиг. ХД1 Схема токовой защиты
нулевой последовательности.
другое в цепи гене-
раторного напряжения. Однако
при больших токах повреждения
трансформатор тока в цепи за-
земления, имеющий первичный
номинальный ток 5—10 А, может
получить повреждение.
Так как в рассматриваемом
случае должна действовать
устанавливаемая обычно на аг-
регатах продольная
диференциальная то-
ковая защита, транс-
форматор тока ча-
ще устанавливается,
как показано на фиг. X, 11.
Емкостные токи в системе генераторного
напряжения агрегата весьма малы. Искусственно
-создаваемые активные токи замыкания на землю
также невелики. Поэтому нет особых основа-
ний опасаться быстрого перехода однофазных
замыканий в многофазные или сильных повреж-
дений в месте пробоя изоляции.
В связи с изложенным защита агрегата от
однофазных замыканий на землю может выпол-
няться действующей или на отключение или
только на сигнал. Работа защиты на сигнал
может бить необходима в тех случаях, когда
отключение агрегата может привести к недо-
пустимой перегрузке остающейся в работе гене-
рирующей части системы.
При работе на отключение защита через
выходное промежуточное реле должна дейст-
вовать на выключатель, автомат гашения тока
и автоматическое противопожарное устройство
(если оно имеется).
Заземляющее сопротивление R3 рассчиты-
вается при этом на кратковременный ток /зтах.
Расчетная длительность этого тока должна
быть больше времени срабатывания защиты на
часть времени действия автомата гашения поля,
поскольку при этом ток через R3, первона-
чально равный /Зтах, уменьшается в процессе
гашения. Принципиально было бы достаточно
Фиг* ХД2. Схема токовой защиты нулевой последова-
тельности с двумя выдержками времени.
поэтому для расчета сопротивления /?3 принять
длительность тока /зтах в несколько секунд,
но для обеспечения более удобной наладки и
проверки защиты в эксплоатационных усло-
виях обычно увеличивают расчетную длитель-
ность этого тока до 20—30 сек.
При действии защиты на сргнал заземляю-
щее сопротивление должно быть рассчитано
на длительное существование тока I3 max.
Агрегат с ответвлением через трансфор-
матор с автоматическим выключателем на
генераторном напряжении. При действии на
сигнал защита выполняется как и для агрегата
без ответвления.
При действии на отключение она также
представляет собой токовую защиту нулевой
последовательности, но с двумя выдержками
времени (фиг. X, 12).
:т- С меньшей . выдержкой времени tt =
ка =5.0,25—0,5 сек., осуществляемой первьш реле
во времени, защита действует только на отключе-
ние выключателя ответвления,
ы- Если повреждение было в цепи генератор-
ах, ного напряжения ответвления, оно при этом
на отключается и агрегат остается в работе, так
на как токовое реле возвращается в нормальное
[я, положение, размыкая свои контакты.
ia- Если повреждение произошло в главной цепи
се агрегата, то после отключения ответвления
но ток h продолжает проходить через зазем-
ляющее сопротивление, токовое реле держит
контакты замкнутыми и работает второе реле
времени с выдержкой времени t2 на ступень
td большей первого:
tt = tx + bt = (0,25 — 0,5) сек. -f
+(0,5 — 0,7) сек. = (0,75 - 1,2) сек.
При этом защита действует на отключение
главного выключателя, автомат гашения поля
и автоматическое противопожарное устройство.
Конструктивно две выдержки времени могут
быть осуществлены также одним реле времени
типа ЭВ-186 ХЭМЗ, имеющим две пары кон-
тактов с регулируемыми временами срабаты-
вания (см. фиг. IX, 3).
Агрегат с ответвлением непосредственно
на шины генераторного напряжения. В дан-
ном случае токовая защита нулевой последова-
тельности, как правило, не может быть исполь-
зована, так как по прийципу своего действия
она не отличает повреждений в агрегате от
повреждений в других точках системы генера-
торного напряжения.
Поэтому токовую защиту возможно исполь-
зовать только тогда, когда все элементы
системы генераторного напряжения имеют
ва- защиты от однофазных замыканий на землю,
действующие на отключение с небольшими
выдержками времени или при наличии ответ-
ить вления, допускающего отсоединение агрегата
*д, при возникновении на этом ответвлении замы-
и кания на землю,
гсо- В остальных случаях защиту агрегата от
ль- замыканий на землю осуществляют так же, как
генераторов, работающих непосредственно на
[ю- шины генераторного напряжения (гл. VIII).
iHO Защита обычно выполняется по схеме
максимальной мощности с компенсацией тока
эр- небаланса (фиг. X, 13).
на Искусственный активный ток замыкания на
на землю создается заземлением нулевой точки
1та защищаемого генератора через сопротивле-
ние R3. Это сохраняет в действии релейную
же защиту и обеспечивает защиту от перенапря-
юй жений в тех случаях^ когда генератор оказы-
ми вается работающим с отключенным ответвле-
нием.
333
Трансформаторы тока, соединенные в схему
Гольмгрина и создающие тормозной ток при
замыканиях на землю вне защищаемой зоды,
должны устанавливаться на ответвлении, при
этом в защищаемую зону помимо статорной
обмотки включаются соединения между гене-
ратором и трансформатором
фягжшъша и первичная обмотка послед-
него.
Фиг. X, 13. Схема защиты максимальной мощности нуле-
вой последовательности для агрегата с ответвлением не-
посредственно на шины генераторного напряжения.
Рабочий ток ответвления иногда бывает
меньше номинального тока генератора. В этом
случае трансформаторы тока могут быть вы-
браны с номинальным первичным током, меньшим
номинального тока генератора. Это дает воз-
можность снизить величину создаваемого /Зшах,
необходимого для обеспечения заданного про-
цента незащищенных витков обмотки генера-
тора.
При отключенном ответвлении величина от-
ключающего тока, подаваемого трансформато-
ром напряжения через добавочное сопротивле-
ние го на реле, не ограничивается условиями
селективности защиты. Поэтому для повышения
ее чувствительности часть сопротивления га шун-
тируется, в рассматриваемом режиме, блок-кон-
тактами отключенного выключателя ответвления.
б. ОСОБЕННОСТИ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ АГРЕГАТОВ
Для действия при многофазных замыканиях
в статорной обмотке генератора, кабелях или
шинах, соединяющих генератор с трансформа-
тором и трансформатор с шинами, а также в
трансформаторе, на агрегатах, как правило, ус-
танавливается продольная диференциальная т<?
ковая защита.
Фиг. Х,14. Общая Фиг. Х,15. Отдель- Фиг. ХД6. Общая
диференциальная ные диференциаль- диференциальная
защита для гене- ные защиты для защита для агре-
ратораитрансфор- генератора и транс- гата и отдельная
матора агрегата, форматора агре- для генератора.
гата.
Диференциальная защита может быть вы-
полнена общей для генератора и трансформато-
ра (фиг. X, 14).
Возможны также варианты установки от-
дельных защит для генератора и трансформато-
ра (фиг. X, 15) или отдельной защиты для гене-
ратора и общей для всего агрегата (фиг. X, 16).
В целкх экономии релейного оборудования
иногда допускается установка на агрегатах од-
ной общей защиты.
Необходимо, однако, иметь в виду следую-
щее:
1) защита агрегата, выполняемая обычно как
и защита трансформаторов, является менее чув-
ствительной и быстродействующей, чем отдель-
ная защита генератора;
2) трансформатор для защиты от внутренних
повреждений имеет специальную, достаточно со-
вершенную газовую защиту; у генератора ди-
ференциальная защита, как правило, является
единственной при многофазных замыканиях.
Поэтому для агрегатов большой мощности
предпочтительным, является вариант с установ-
кой отдельной диференциальной защиты для
генератора.
334
Исключением для таких агрегатов могут
являться случаи установки генераторов с рас-
щепленными фазами. Они снабжаются попереч-
ными токовыми диференциальными защитами от
витковых замыканий. Эти защиты реагируют
также на многофазные замыкания, правда, с не-
которой мертвой зоной (гл. VIII, § 17). При их
применений вопрос установки на генераторах
отдельной диференциальной защиты становится
менее актуальным.
Фиг. X, 17. Отдельные ди- Фиг. X, 18. Общая диферен-
ференциальные защиты для циальная защита агрегата и
генератора и трансформато- отдельная диференциальная
ра агрегата при включении защита генератора при
их „цепочкой". включении их „цепочкой*.
При установке на генераторе отдельной ди-
ференциальной защиты целесообразно вторую
защиту сделать общей для всего агрегата, так
как при этом генератор оказывается снабжен-
ным двумя защитами (фиг. X, 16).
В целях экономии трансформаторов тока при осу-
ществлении двух диференциальных защит агрегата были
предложены их включения «цепочкой» (фиг. X, 17 и X, 18).
На практике эти схемы распространения не получили
как неудобные для эксплоатации (нельзя, например, про-
верять одну из защит без переключений в цепях другой)
и создающие неодинаковые условия загрузки трансфор-
маторов тока. Последнее может приводить к сильному
увеличению токов небаланса и, как следствие, загрубле-
нию защиты.
На агрегатах с ответвлением общая дифе-
ренциальная защита должна присоединяться к
трем группам трансформаторов тока (фиг. X, 19),
причем коэфициент трансформации трансформа-
торов тока ответвления должен быть такой же,
как у генератора (см. гл. IX, § 11).
Диференциальные защиты трансформаторов
для предотвращения их срабатывания при тол-
чках намагничивающего тока выполняются с вы-
держкой времени или снабжаются специальны-
ми блокировками (гл. IX, § 13). Указанное де-
лается и для агрегатов. Обязательность этих
добавлений для защит агрегатов для всех слу-
чаев является в настоящее время еще недоста-
точно проверенной, так как трансформаторы их
включаются в работу подъемом напряжения на
генераторах с нуля. Поэтому значительные толч-
ки ь^амагничивающего тока могут появляться
только после отключения сквозных коротких за-
мыканий, сопровождавшихся понижением на-
пряжения.
Фиг. X, 19. Диференциальная токовая
защита агрегата с ответвлением при
использовании реле с тормозными
обмотками.
6. особетгности защиты агрегатов от
сверхтоков
Для агрегатов без ответвления на генера-
торном напряжении защита от сверхтоков,
обусловленных сквозными короткими замыкани-
ями, осуществляется так же, как для генерато-
ров, работающих непосредственно на шины ге-
нераторного напряжения: используется защита
минимального напряжения с токовой блокиров-
кой, присоединяемая к трансформаторам тока,
установленным на выводах фаз генератора к
нулевой точке.
При наличии на агрегате ответвления на
последнем устанавливается отдельная защита от
сверхтоков, отключающая агрегат от поврежде-
ния на ответвлении.
Основную защиту агрегата выполняют в этом
случае обычно с двумя выдержками времени.
С меньшей выдержкой времени она действует
на выключатель со вторичной стороны транс-
форматора, оставляя генератор, в .случае воз-
можности, работающие на ответвление. С вы-
держкой времени на ступень больше .первой за-
щита как резервная действует на отключение
всего агрегата й на автомат гашения поля.
335
7, ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АВТОМАТАМ
ГАШЕНИЯ ПОЛЯ ДЛЯ АГРЕГАТОВ
Остаточные напряжения на зажимах статор-
ной обмотки генератора, имеющие место после
действия автомата гашения поля, при агрегатах
представляют обычно большую опасность, чем
при генераторах, работающих непосредственно
на шины генераторного напряжения, так как
при работе генератора на повышающий транс-
форматор остаточные напряжения на его вто-
ричной стороне больше, чем на первичной
в п раз, где п — коэфициент трансформации.
Поэтому при повреждениях за трансформато-
ром или в его вторичной обмотке в месте про-
боя или перекрытия могут поддерживаться.
ёольтовы дуги даже при небольших остаточных
напряжениях на первичной стороне.
В связи с этим для агрегатов следует при-
менять наиболее совершенные схемы гашения
поля: переключение обмотки возбуждения на
разрядное сопротивление с последующим отсое-
динением ее от возбудителя или введением
сопротивлений в главную цепь возбуждения и
цепь возбуждения возбудителя.
Заслуживает внимания также более сложная
схема с колебательным контуром, дающая оста-
точное напряжение, близкое к нулю (см. гл. VIII,
§ 20).
ГЛАВА XI
ЗАЩИТА ШИН
1. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ
На шинах станций и подстанций, как и на
линиях, могут быть следующие основные виды
повреждений:
1) трехфазные замыкания (замыкания между
тремя фазами, трехфазные замыкания на землю
и тройные замыкания на землю, при которых
одно или два места повреждения могут ока-
заться расположенными вне данных шин);
2) двухфазные замыкания (замыкания между
двумя фазами, двухфазные замыкания на зем-
лю и двойные замыкания на землю, при кото-
рых одно из мест повреждения может находить-
ся вне рассматриваемых шин);
3) однофазные замыкания на землю;
4) обрыв фаз.
Причинами, вызывающими возникновение за-
мыканий на шинах, являются: ошибочные опе-
рации персонала с шинными разъединителями,
перекрытие втулок выключателей из-за дефек-
тов их конструкций, перекрытие изоляторов при
грозах и при загрязнении их токопроводящей
пылью, йоломка изоляторов разъединителей
и т. д.
2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗАЩИТЕ
ШИН
Статистика показывает, что повышение уров-
ня эксплоатации, качества оборудования и при-
менение автоматизации и блокировок (например,
блокировок, предотвращающих неправильные
манипуляции с разъединителями) резко сокра-
щают число повреждений на шинах.
Однако недостаточно правильно произведен-
ная ликвидация повреждения на шинах (в осо-
бенности на шинах основных станций или под-
станций системы) может вызвать очень тяжелые
последствия для работы электрической системы
в целом. Поэтому установка достаточно совер-
336
щенной решенной защиты шин обязательна.
В системах с наглухо заземленной нулевой
тонкой защита должна реагировать на много-
фазные замыкания и на однофазные замыкания
на землю.
В системах с малыми токами замыкания на
землю (с изолированной нулевой точкой, за-
земленной через высокоомные активные сопро-
тивления, или ^компенсированных) действие защит
на отключение обязательно только при много-
фазных замыканиях. При однофазных замыка-
ниях на землю,, непосредственно не нарушаю-
щих в таких системах бесперебойную работу
потребителей, допускается, как и для линий,
действие защиты на сигнал или использование
для последнего устройств контроля изоляции.
Такой способ работы защиты применяется
для защит шин основных станций и подстанций,
скоммутированных по европейскому типу (один
автоматический выключатель на каждый эле-
мент, присоединяемый к двойной системе шин
через вилку из двух разъединителей). В этом
случае предполагается, что при однофазном за-
мыкании на землю на одной из систем полос
обслуживающий персонал успеет вручную пере-
ключить все элементы установки, на вторую си-
стему полос, до того как повреждение перейдет
в какой-либо вид многофазного замыкания. При
этом бесперебойность работы потребителей на-
рушена не будет в противоположность тому ва-
рианту, при котором защита действовала бы на
отключение.
Однако при американской схеме коммутации
(каждый элемент имеет два автоматических вы-
ключателя, через которые и присоединяется к
обеим системам шин) и при малых токах замы-
кания на землю целесообразно применять за-
щиту шин от однофазных замыканий на землю
с действием на отключение. Бесперебойность
работы потребителей при этом не нарушается.
Для приемных подстанций, работающих в
системах с малыми токами замыкания на землю,
вопрос о способе действия защиты от однофаз-
ных замыканий, как правило, решается характе-
ром выполнения защит, установленных в питаю-
щей сети. Эти защиты обычно служат и для за-
щиты шин приемных подстанций. Поэтому, на?
пример, в сети с защитой от однофазных замы-
каний, действующей на отключение, однофазные
повреждения на шинах таких подстанций будут
также автоматически отключаться.
Специальной защиты шин от обрыва цепи и
ненормальных режимов работы, как правило, не
устанавливается.
Основным требованием, которое должно
быть предъявлено к схеме защиты шин станций
и подстанций, является обеспечение по возмож-
ности бесперебойной работы неповрежденной
части системы посредством быстрого и селек-
тивного отключения от нее поврежденных шин.
Требование быстрого отключения обычно не
распространяется на генерирующие источники,
например, генераторы, непосредственно присое-
диненные к поврежденным шинам, так как уско-
рение их отключения важно главным образом
только с точки зрения уменьшения разрушений
в месте повреждения.
Такое разрешение вопроса определяется
стремлением упростить схемы защиты шин и
уменьшить тяжелые последствия в случае их не-
правильной работы.
Защита шин осуществляется или применени-
ем специальных схем или использованием для
этой цели защит элементов, присоединенных к
данным шинам, например, максимальных токо-
вых или дистанционных защит линий.
Использование защит элементов допустимо
и рекомендуется, если:
1) защищается одиночная система шины или
при двойной системе шин и европейской схеме
коммутации работа нормально происходит толь-
ко на одной системе;
2) выдержки- времени используемой защиты,
с которыми она работает при замыканиях на
шинах, являются допустимыми с точки зрения
обеспечения устойчивой работы неповрежден-
ной части системы;
3) затруднительно осуществление специаль-
ной защиты ((например, на действующих уста-
новках).
При коммутации шин по американскому
принципу использование для шин защит присо-
единенных к ним элементов недопустимо, так
как эти защиты не могут установить, на какой
из систем шин произошло замыкание, и, следо-
вательно, не могут обеспечить отключение толь-
ко одной поврежденной системы. Такое же по-
ложение имеется при одновременной работе на
двух системах шин установки, скоммутированной
по европейскому типу.
22 Релейная защита
В связи с изложенными соображениями в
некоторых случаях (например, для секциониро-
ванных шин генераторного напряжения станций,
шин напряжением 110 kV и выше станций и
подстанций) приходится применять специальные
(по возможности быстродействующие) защиты,
осуществление которых в европейских схемах
коммутации вызывает ряд серьезных затрудне-
ний.
Для защиты шин используются некоторые
специальные схемы, а также:
1) максимальная токовая защита или защита
минимального напряжения с токодой блокиров-
кой;
2) дистанционная защита;
3) диференциальная защита.
3. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
НОРМАЛЬНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
Использование максимальной токовой защи-
ты нормального выполнения рассматривается на
фиг. XI, 1 (станция, работающая на систему ра-
диальных линий, не имеющих питания с других
сторон).
Фиг. XI, 1. Максимальная токовая защита секций ший
станции, питающей радиальные линии.
Линии имеют максимальную токовую защи-
ту с независимой характеристикой и наиболь-
шим временем срабатывания t\. На генераторах
установлена защита минимального напряжения
с токовой блокировкой (см. гл. VIII, § 6). Для
защиты шин дополнительно устанавливается
максимальная токовая защита, присоединяемая
к трансформаторам тока в цепи секционного
выключателя.
Для обеспечения селективного действия за-
щит их выдержки времени выбираются согласно
ступенчатому принципу. Выдержка времени з&-
337
щиты на секционном выключателе t2 должна
быть на ступень At больше максимальной вы-
держки времени защит линий tu т. е. t2 = ti-\-
+ д£. Выдержка времени защит генераторов /3
принимается на одну-две ступени М больше вы-
держки защиты на секционном выключателе,
т. е. t2, t3 = t2 + (1 -т- 2)tf. Ток трогания защи-
ты на секционном выключателе выбирается
бОЛЬШе 1раб max» который может через него про-
текать с учетом кв токовых реле.
*
Питание
Фиг. Х1,2. Максимальная токовая
защита секций шин низкого напря-
жения понизительной подстанции.
Такая защита обеспечивает селективное от-
ключение только поврежденной секции шин
станции, но обладает следующими основными
недостатками:
1) обеспечивает селективное отключение по-
врежденной секции только для систем с одной
данной генерирующей точкой (станцией или под-
станцией) при числе секций шин не более двух;
2) имеет большие выдержки времени (обыч-
но £2>3-г-4 сек.), не обеспечивающие, как
правило, бесперебойной работы неповрежденной
системы;
3) мало чувствительна, так как реагирует на
величины токов больше рабочих; так, например,
при работе генераторов в момент возникнове-
ния повреждения в режиме, близком к холосто-
му ходу, без автоматических регуляторов на-
пряжения установившийся 1К. з может оказаться
меньшим 1Р т защит (при трехфазном замыкании
порядка 70°/о1 номинального тока генератора),
и защиты не срабатывают.
В связи с этим в некоторых случаях чув-
ствительность защиты может быть несколько по-
вышена путем замены максимальной токовой
, защиты на секционном выключателе защитой
338
минимального напряжения с токовой блокиров-
кой, подобной устанавливаемой на генераторах.
Единственным достоинством защиты являет-
ся ее простота и невысокая стоимость осущест-
вления.
Поэтому максимальную токовую защиту нор-
мального выполнения можно применять глав-
ным образом только для несекционированных
шин низшего напряжения понизительных под-
станций относительно небольшой мощности,
работающих нормально
на одной системе шин
(фиг. XI, 2). В этом слу-
чае значительные вы-
держки времени защиты
могут привести только к
увеличению повреждений
на защищаемых шинах,
но существенно не отра-
жаются на работе осталь-
ной генерирующей части
системы, находящейся за
большим реактансом по-
нижающих трансформато-
ров и имеющей, следова-
тельно, значительные ос-
таточные напряжения.
Эта защита является
одновременно и защитой
трансформаторов от сверх-
токов.
В качестве защиты
минимального напряже-
ния с токовой блокиров-
кой она находит также весьма широкое приме-
нение для отключения поврежденных шин со
стороны генераторов и агрегатов генератор-
трансформатор в тех случаях, когда со сторо-
ны системы* эти повреждения отключаются бо-
лее совершенными специальными защитами. Это
опять-таки объясняется тем, что медленное от-
ключение шин от работающих на них генерато-
ров может вызвать только дополнительные раз-
рушения в месте повреждения, но не отразится
на работе неповрежденной части системы.
С другой стороны, то обстоятельство, что допол-
нительная специальная защита шин не действует
на выключатель генератора (защиту от сверх-
токов на генераторах принято ставить во всех
случаях), дает возможность оставить в работе
последний при возможных неправильных дей-
ствиях этой защиты.
4. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА С БЛОКИ-
РОВКОЙ ОТ МАКСИМАЛЬНОГО РЕЛЕ ТОКА
И РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Для уменьшения выдержки времени максимальная
токовая защита может быть дополнена блокировкой от
максимального реле тока мгновенного действия, установ-
Фиг. Х1,3. Максимальная токовая защита
секций шин станций с блокировкой от токо-
вых реле линий, отходящих от шин.
ленных на присоединенных к защищаемым шинам элемен-
тах. Эта блокировка автоматически выводит из действия
защиту тин при повреждениях вне защищаемой зоны
(фиг/XI, 3).
При коротком замыкании в сети максимальные реле
тока мгновенного действия / соответствующей линии за-
мыкают свои контакты и через промежуточные реле 2,
служащие для деления цепей постоянного тока линий,
посредством промежуточного реле 3, имеющего нормаль-
но замкнутый контакт, разрывают цепь обмотки реле вре-
мени 4 максимальной токовой защиты шин, устадовленной
на секционном выключателе. Повреждение в сети отклю-
чается через реле времени 5 защитной линии.
При повреждении на шинах максимальное реле тока
линий / при отсутствии питания места повреждения со
стороны <сети в действие не приходят, реле 3 своих кон-
тактов не размыкает к защита шин (реле 6 <и 4) произво-
дит отсоединение поврежденной секции шин от неповреж-
денной.
Для обеспечения селективного отключения генерато-
ров, присоединенных к шинам в случае повреждения по-
следних, выдержка времени реле 4 выбирается па одну
ступень больше выдержек устанавливаемых на них быстро-
действующих (обычно диференциальных) защит. В связи
•с этим выдержка времени реле 3 устанавливается при-
мерно равной 0,7 -г- 1 сек.
Схема защиты обладает следующими основными не-
достатками:
1) обеспечизает селективное отключение повреждений
только дляи_сизтем с одной генерирующей точкой при чис-
ле секций шин не более двух;
2) Ихмеет относительно большую выдержку времени,
которая в ряде случаев не может обеспечить бесперебой-
ной работы неповрежденной части системы; •
3) мало чувствительна, так как реагирует только на
токи больше рабочих;
4) имеет достаточно сложное конструктивное выпол-
нение, так как требует объединения цепей постоянного
тока от защит всех элементов на блокировочном реле за-
щиты шин.
" Поэтому схему можно применять для защит шин
с числом секций не более двух три питании присоединен-
ных элементов только со стороны данных шин, когда вы-
держка времени защиты является приемлемой.
Обеспечение правильного действия защиты в тех слу-
чаях, когда ток к месту повреждения на шинах мож-ет
направляться также через линии я присоединенные к ним
трансформаторы, осуществляется блокировочными реле на-
правления 1МОЩНОСТИ.
Эти реле устанавливают на всех элементах: (за исклю-
чением генераторов), через которые может происходить
питание места короткого замыкания, и включают так, что
они действуют при направлении мощности от шин. По-
этому при повреждении вне защищаемой зоны срабатывает
реле направления, установленное на поврежденном эле-
менте, и выводит защиту шин из действия. При возник-
новении повреждения в защищаемой зоне токи замыкания
оказываются направленными к шинам, реле направления
не действует и защита отключает поврежденную систему
шин.
Рассмотренный вариант защиты ввиду его некоторой
сложности и недостаточной полноценности, как и основ-
ная схема по фиг. VIII, 3, распространения не, получил.
5. ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
Принцип действия защиты рассматривается
на фиг. XI, 4.
Защита устанавливается на всех элементах,
связывающих каждую из защищаемых секций
шин с остальной генерирующей частью системы,
т. е. на повысительных трансформаторах и сек-
ционных реакторах. Напряжения к омметрам
22*
защит должны подводиться от измерительных
трансформаторов данной защищаемой секции.
При возникновении короткого замыкания,
например, на второй секции, к месту поврежде-
ния через трансформаторы и секционные реак-
торы станции направляются токи, которые мо-
гут привести в действие пусковые органы всех
дистанционных защит.
Импеданс на зажимах омметров защиь
к которым подводится напряжение от повреж-
Фиг* XI, 4. Дистанционная защита секций шин станции.
денной секции, при металлическом замыкании
равен нулю. Поэтому эти защиты сработают и
отключат вторую секцию от остальной части си-
стемы. Защиты, к которым напряжение подво-
дится от первой неповрежденной секции, при
этом не сработают, так как вследствие наличия
на этой секции остаточного напряжения импе-
дансы на зажимах омметров ее защит будут
больше специально подобранных импедансов
трогания.
При замыканиях, расположенных вне защи-
щаемых шин генераторного напряжения (напри-
мер, за реакторами отходящих от них линий
или за трансформаторами) защиты также не
действуют вследствие сосредоточенных импе-
дансов этих элементов.
. Из приведенного следует, что для правиль-
ной работы защиты импеданс трогания ее ом-
метров должен выбираться меньше минималь-
ного сосредоточенного сопротивления элемен-
тов, связывающих защищаемую секцию шин с
остальной частью системы {реакторов линий,
секционного реактора, трансформаторов).
При коротком замыкании на выводах гене-
раторов, с низкой стороны повысительных транс-
339
форматоров, на линиях до реакторов импеданс-
на зажимах защиты равен нулю, как и при по-
вреждении на самих шинах. Для предотвраще-
ния в этих случаях работы защиты она должна
иметь выдержку времени на ступень д£ больше
выдержек времени быстродействующих защит,
которые обычно отключают эти повреждения
(диференциальные защиты генераторов и транс-
форматоров, максимальные токовые мгновенные
защиты — отсечки линий). Указанная выдержка
времени выбирается равной 0,7-4-1,2 сек.
Таким образом достигается селективное'дей-
ствие рассматриваемой защиты.
В основу осуществления защиты может быть
положена принципиальная односистемная схема
включения омметров, приведенная на фиг. IV, 35.
Схема для защиты шин генераторного напряжения,
выполненная на союзном оборудовании, приведена на
фиг. XI, 5.
,Схему составляют следующие реле:
1. Реле максимального импеданса/ типа ИИ-120ХЭМЗ,
выполняющее функции омметра, включенного на разность
/д — 1с и линейные напряжения. В реле действует раз-
ность ампервитков двух половин токовой обмотки, к ко-
торым подводятся соответствующие концы от трансфор-
маторов тока фаз А и С. Эта разность ампервитков, оче-
видно, пропорциональна /д — /<> При нормальной работе
ЗЕЭСЕ
Фиг. Х1,5. Схема двухфазной односистемной дистанционной защиты шин
генераторного напряжения.
Со стороны генераторов на повреждения
реагируют их защиты минимального напряже-
ния с токовой блокировкой. Установка на гене-
раторах дистанционной защиты или действие на
генераторный выключатель дистанционных за-
щит, размещенных на трансформаторах и сек-
ционных реакторах, в целях упрощения и по-
вышения надежности работы генераторов не ре-
комендуется. Это дает возможность, например,
при неправильном действии дистанционных за-
щит в случае повреждения на первых витках
реакторов линии (при недостаточно полной со-
гласованности чувствительностеи токовой отсеч-
ки линий и омметров рассматриваемой защиты)
сохранить в работе генератор и все неповреж-
денные линии данной секции.~
Схема защиты не нуждается в органе на-
правления мощности и должна иметь только
один омметр на фазу, так как от всех повреж-
дений вне защищаемой зоны защита отстраива-
ется по импедансу трогания или выдержкой
времени. В целях дальнейшего упрощения за-
щиту, которая должна реагировать в системах
: малыми токами замыкания на землю только
на многофазные замыкания, выполняют двух-
фазной односистемной, т. е. с одним омметром
чэ. обе фазы.
Я40
напряжение к реле не подводится и последнее имеет замк-
нутый контакт.
2. Реле максимального тока 2, являющееся пусковым
органом защиты. При действии они через промежуточ-
ное реле 3 подают плюс на защиту и подводят к обмотке
напряжения омметра остаточное напряжение, пропорцио-
нальное напряжению петли короткого замыкания. Проме-
жуточное реле 3 принципиально введено в схему для
размножения контактов реле 2, для управления цепями
постоянного тока и напряжения.
3. Промежуточное реле 4, также имеющее вспомога-
тельное назначение — подводить к схеме напряжения
фазы В с некоторой задержкой после возникновения
повреждения.
При отсутствии этого реле в случае замыкания между
фазами Л и С за счет неодновременного срабатывания
реле 2 и 3 обеих фаз реле 3 одной из фаз (например,
фазы Л) могло бы сработать ранее, чем реле 3 другой
фазы (С), и успело бы разомкнуть свой нормально замк-
нутый контакт, в результате чего на обмотку омметра
было бы кратковременно подано большое напряжение,
пропорциональное Uab. После срабатывания реле 2 и 3
фазы С к реле 1 подводится необходимое остаточное на-
пряжение Uас Однако даже кратковременного подведе-
ния к омметру неправильного большого напряжения до-
статочно, чтобы он разомкнул свой контакт и обусловил
в дальнейшем нечеткую работу схемы при замыкании в
защищаемой зоне.
4. Реле времени 5 служит для создания выдержки
времени дистанционной защиты, а также совместно с реле
2 и 3, работая через контакт с большей выдержкой
времени, представляет резервную максимальную токовую
защиту.
5. Промежуточное реле4 6 служит для мгновенного
замера сопротивления в начальный момент короткого
замыкания (см. гл. IV, § 11).
6. Промежуточное реле 7 является выходным для
схемы, 0— блинкеры.
7. Добавочное сопротивление 8 уменьшает в два раза
напряжение, подводимое к реле при тех замыканиях
между фазами (ЛВ и ВС), когда в реле имеет место
только ток одной фазы (Л или С). В результате этого
омметр при всех видах междуфазных замыканий замеряет
сопротивление, пропорциональное импедансу положи-
тельной последовательности до места короткого замыкания
1
'*-Сс-«7Г
2/с
ys9
(XI. 3)
zQ) = 'hL. илс
р пн |/д-/с|
п„
y/3IzK
Пп
yii
'•2к
zpAC —
грАВ
VГАС __Пт№к __Пт
2/ пн
0,5.2/2*. п„
Ja-1c\
0,5Uab
пт%
где -т= —фазный коэфициент трансформации силового
трансформатора при одинаковых линейных напряжениях
обеих сторон.
Соотношения (XI, 2) и (XI, 3) показывают, что пуско-
вые органы, установленные в фазах а и с, питаются в два
раза разнящимися по величине токами (см. также гл. 11,
§11; гл. III, § 18). Поскольку величины этих токов ока-
зываются на станциях относительно небольшими, необхо-
димо считаться с возможностью работы только пускового
органа фазы с, питаемого большим током.
В этом случае к омметру защиты вместо необходи-
мого иас подводится ubct уменьшенное вдвое добавочным
сопротивлением 8 (фиг. XI, 5).
Таким образом получаем для напряжения на зажи-
мах омметра upt выраженного через напряжения со сто-
роны звезды трансформатора, следующую величину:
2(2) .
zpBC
Jhn
Пи
0,5Ubc __ nm 0f5-2I-zK __
При выборе импеданса трогания за-
щиты, выполненной по приведенной одно-
системной схеме, необходимо учитывать
некоторые специфические особенности за-
меров сопротивлений такими схемами,
рассмотренные ниже:
1. Двойное замыкание на землю, на-
пример, фаз Л и С, при котором одно из
мест повреждения расположено на линии
за реактором, а другое на защищаемой
секции шин (фиг. XI, 6).
В этом случае остаточное напряжение
петли короткого замыкания £/дс> подво-
димое к омметру защиты, при импедансе
одной фазы реактора zpem, равно I3-zpeaK,
а импеданс на зажимах реле
Н омметру
Щс
А В
"С г*
-TV3*
(Х1,4)
О / %
Пщ% UАС _ пт h*zpeaK .__.
Фиг. XI.6. Двойное замыкание на землю с одной точкой повреждения
за реактором, при котором дистанционная защита дает преуменьшенный
замер.
|/д-/с
= 0,5-
2/,
п»
*реак'
(XI, 1)
Таким образом при учете двойных
замыканий рассмотренного вида импеданс
трогания защиты для обеспечения действия
защиты линий, а не защиты шин должен
выбираться меньше половины сопротивле-
ния реактора, имеющего наименьший им-
педанс. Однако, учитывая малую вероят-
ность такого повреждения, часто это усло-
вие не выполняется.
2. Замыкание между двумя фазами за
трансформатором, имеющим соединение
обмоток звезда-треугольник (фиг. XI, 7).
Односистемньгг схемы рассматриваемого типа при
повреждениях за трансформаторами могут давать иска-
женные замеры. На фиг. XI, 7 показано повреждение
между фазами Л и С на стороне высшего напряжения
повышающего трансформатора станции, имеющего груп-
пу соединений Y/Д-П. Защита, как это обычно бывает,
у.становлена со стороны низшего напряжения, соединен-
ной в треугольник. В соответствии со схемой фиг. XI, 5
ее трансформаторы тока включены в фазы Л и С.
Линейные токи на стороне трансформатора, соединен-
ной в треугольник, при приведении всех величин к низ-
шему напряжению находятся из соотношений:
h
зж
У/Л-И
Фиг. XI, 7. Замыкание между двумя фазами за трансформатором с соеди-
нением обмоток звезда-треугольник, при котором односистемная дистан-
ционная защита может давать преуменьшенный замер.
В приведенном выражении ис представляет вектор
напряжения фазы С за сопротивлением трансформатора
zmp (точка Р), вынесенным для удобства на сторону выс-
шего напряжения (фиг. XI, 8), т. е. он учитывает падение
напряжения в трансформаторе.
На основании соотношений (XI, 2) и (XI, 3) подводи-
мый к омметру ток
Импеданс на зажимах омметра
1
vt~-'c
7Г; (Х1,2)
*„=
Up
"2V
(XI, 5)
(XI, 6)
341
Для определения zp целесообразно воспользоваться
методом симметричных составляющих.
Принимая за исходную неповрежденную фазу В,
можно для рассматриваемого случая короткого замыкания
между фазами А и С написать следующие соотношения.
Ток положительной последовательности
1Й.
Z\c + %2с + 2%трУ
(XI. 7)
где Z\c и Z2r —сопротивления системы от нулевой точки
до трансформатора в положительной и отрицательной
последовательностях.
г^гЧ0-®^
-, Zzc
Фиг. XI, 8. Эквивалентна я схема замещения для расчета
замеров омметра при повреждении по фиг. VIH,7.
Ток отрицательной последовательности
/2= -Л.
Полный ток фазы С
1С = aVx + ah = (я2 — а)* 1г =
(XI, 8)
(XI, 9)
Напряжение положительной последовательности на
зажимах сопротивления Zmp трансформатора
т'т £ tv _ , &2с + 22тр}Еф
(XI, 10)
"2с Т **~тр
Напряжение отрицательной последовательности там же:
^/2 = ^/2.Z2c = /rZ2f = jif + z^ + 2Z^. (XI, 11)
Полное напряжение фазы С
. ,(aZZ2c + 2a*Zmp + aZ2c)E0
Uc=aWx + aU^ z jl-7 л-97 ~ <XI- 12)
Сопротивление на зажимах реле
**"" 2У/8"
-^2"-/■ ~
6 Z2c ,
(XI.13)
где Z'gfSsa'Z^-l-Z^p представляет импеданс отрицатель-
ной последовательности системы до точки повреждения.
Таким образом при выборе импеданса трогания за-
щиты необходимо учитывать преуменьшенный замер со-
противления при повреждении за трансформатором, имею-
щим соединение обмоток звезда-треугольник, в случае
если токи двухфазного короткого замыкания могут ока-
зываться недостаточными для приведения в действие
обоих пусковых органов схемы.
В некоторые случаях импеданс трогания защиты от-
страивают также по чувствительности от токовых отсе-
чек реактированных линий. Эю лелеется для предотвра-
щения неправильной работы дистанционное защиты шин
при повреждениях в первых витках реакторов линий,
когда ток короткого замыкания оказывается меньше тока
трогания защит с отсечкой.
342
Указанные выше соображения по выбору импеданса
трогания защиты приводят к тому, что его абсолютная
величина оказывается чрезвычайно малой и появление
небольшого дополнительного сопротивления в петле ко-
роткого замыкания или подпора напряжения приводит
к отказу защиты. С этой точки зрения целесообразно
применять предусмотренный в схеме мгновенный замер
сопротивления. Однако он, как известно, иногда не может
быть использован (см. гл. IV, § 11), например, на парал-
лельных реактированных линиях, на которых поврежде-.
ния до реактора могут отключаться каскадно.
Защита обладает следующими основными
недостатками:
1) обеспечивает селективность действия
только при сосредоточенных импедансах на
элементах, связывающих данные шины с ос-
тальной системой, или установке на этих эле-
ментах быстродействующих защит;
2) имеет относительно большую выдержку
времени, которая в ряде случаев может не
обеспечить сохранения в работе потребителей
(например, синхронных двигателей) и устойчи-
вости неповрежденной части системы;
3) обладает в некоторых случаях недоста-
точной чувствительностью по пуску {ip.m пус-
ковых органов должен устанавливаться боль-
ше iPa6max) и импедансу трогания омметра.
Несмотря на перечисленные недостатки, схе-
ма ввиду ее относительной простоты доста-
точно широко применялась для защиты ог
многофазных замыканий секционированных шин
генераторного напряжения, од* которых отходят
реактированные линии. Однако в последнее
время имеются тенденции заменить ее для
указанных случаев неполными диференциаль-
ными защитами (см. ниже гл. XI, § 12), обла-
дающими большей чувствительностью.
6. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРИНЦИП
Для защит шин, как правило, применяется
вариант диференциальной защиты, основанный
на равновесии токов (см. гл. V, § 1).
Принципиальная однолинейная схема дифе-
ренциальной защиты шин, основанной на рав-
новесии токов, дана на фиг. XI, 9.
Трансформаторы тока 1 устанавливают на
всех ответвлениях от шин. Эти трансформа-
торы тока должны иметь одинаковые пт вне
зависимости от величины рабочих токов.
/ Вторичные обмотки всех трансформаторов
тока соединяют параллельно и параллельно же
приключают к ним максимальное реле тока
2 мгновенного действия. Через токовую об-
мотку реле замыкается таким образом геоме-
трическая сумма токов, если для всех их
принять одинаковые условные положительные
направления, например, к шинам.
При нормальной работе и сквозных корот-
ких замыканиях сумма первичных токов равна
нулю. Поэтому при указанных режимах через
реле замыкается только iH6, определяемый по-
грешностями трансформаторов тока. Принимая
во внимание, что вторичный ток каждого транс-
форматора равен разности первичного тока
и тока намагничивания, приведенных к числу
витков вторичной обмотки, можно написать
1нб — (1нам ! + 1'нам Ц + • • •)•
(Х1,14)
Ток трогания диференциальной защиты
должен быть выбран больше максимального
значения указанного тока небаланса:
(р. т •> 1нб max .
Фиг. Х1,9. Принципиальная схема токовой
диференциальной защиты шин.
При повреждении в защищаемой зоне ток
через реле при идеальных трансформаторах
строго пропорционален току'в месте повреж-
дения. Если^тот ток оказывается больше или
равным ip, m защиты, она срабатывает и отклю-
чает через промежуточное реле 3 выключатели
всех элементов, присоединенных к поврежден-
ным шинам, или ту часть их, через которую
шины связываются с генерирующими частями
системы.
Только диференциальный принцип из всех
известных в настоящее время может обеспе-
чить быстродействующую защиту шин от всех
видов повреждений, представляющих непо-
средственную опасность для системы. Однако
его практическое использование наталкивается
на ряд затруднений, основными из которых
являются следующие:
1. Весьма большие iHe, которые могут про-
текать через реле при сквозных коротких за-
мыканиях. Увеличенные значения 1нб в рас-
сматриваемом случае по сравнению, например,
с диференциальной токовой защитой генера-
торов определяются тем, что трансформаторы
тока защиты шин питаются неодинаковыми
токами. В то время как через неповрежден-
ные элементы при сквозном коротком замыка-
нии замыкаются только слагающие тока по-
вреждения, через трансформатор тока повреж-
денного элемента протекает суммарный ток
короткого замыкания. Этот ток, особенно при
учете его апериодической слагающей, может
обусловить работу трансформатора тока с на-
сыщающимся магнитопроводом и - создать
вследствие этого большой iHe в реле.
Особенно неблагоприятно складываются об-
стоятельства при осуществлении диференциаль-
ных защит шин на уже действующих уста-
новках, имеющих часто трансформаторы тока
с неодинаковыми пт (включение промежуточных
автотрансформаторов), недостаточно высокие
пт (насыщение при относительно небольших
кратностях токов сквозного короткого замыка-
ния) и т. д.
Трудности здесь заключаются не только
в том, что в ряде случаев приходится сильно
загрублять защиты, но также в том, что до
настоящего времени нет еще достаточно хо-
рошо проверенных способов расчета возмож-
ных максимальных значений 1Нб.
Применение для защит шин диференциаль-
ных реле с тормозными катушками (гл. V, § 8)
также затруднительно вследствие большого
числа присоединяемых к шинам элементов и
трудности включения тормозных катушек.
2. Возможность неселективного действия
защиты, при обрывах или закорачивании вспо-
могательных проводов, соединяющих вторич-
ные обмотки трансформаторов тока между со-
бой. При таких обрывах через реле возникает
ток, равный току того элемента, трансформа-
тор тока которого оказался выключенным из
схемы. Особенно больших значений эти токи
могут, очевидно, достигать при наложении
сквозных коротких замыканий на схему, имею-
щую неисправности во вторичных цепях транс-
форматоров тока.
С указанным недостатком в схемах защиты
шин приходится считаться в большей степени,
чем в диференциальных защитах других эле-
ментов, в связи со значительным количеством
групп трансформаторов тока, применяемых в
данной защите.
3. Возможность отключения всех элементов,
присоединенных к шинам, скоммутированным
по европейскому принципу, в случае непра-
вильного действия защиты. Поэтому непра-
вильные действия защиты шин могут приво-
дить к чрезвычайно тяжелым последствиям для
системы.
4. «Неприспособленность диференциальной
защиты, выполненной по нормальной схеме,
для полноценной защиты двойных систем шин,
скоммутированных по европейскому принципу,
общепринятому в СССР.
При двойной системе шин возможна работа
на обеих системах. В ряде случаев такие ре-
жимы для шин 110 kV и выше, а иногда и 35 kV,
иногда даже рассматриваются как нормальные,
343
так как повышают надежность работы системы
при повреждении на одной из систем шин за
счет оставления в работе генерирующих ис-
точников и других элементов, присоединенных
ко второй системе.
Однако диференциальные токовые защиты,
выполненные по нормальным схемам, не могут
обеспечить отключения только одной повреж-
денной системы шин, так как не имеют необ-
ходимых устройств для такого выбора.
Диференциальный принцип защиты шин,
несмотря на перечисленные недостатки, при-
меняется во всех случаях, когда требуется
быстрота отключения повреждений (обычно по
условиям устойчивости системы), которую не
могут обеспечить другие из известных прин-
ципов. Диференциальный принцип, дополненный
некоторыми приспособлениями, применяется
также для защиты шин высокого напряжения
станций и подстанций, скоммутированных по
европейской схеме, но работающих на двух
системах шин.
7. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ДЛЯ
ШИН С ЭЛЕМЕНТАМИ, РАБОТАЮЩИМИ НОРМАЛЬ-
НО НА ОДНОЙ СИСТЕМЕ ШИН
Примерная принципиальная схема защиты
для системы с большими токами замыкания на
землю приведена на фиг. XI, 10.
Трансформаторы тока / всех элементов, за
исключением шиносоединительного выключа-
теля, соединяются параллельно и диференци-
ально к ним присоединяются основные реле
максимального тока мгновенного' действия 21
При повреждении на работающей системе
шин действуют реле 2 и через промежуточное
реле 4 отключают выключатели В2> ВЗ всех
элементов.
Для предотвращения неправильного дейст-
вия схемы при опробований толчком резервной
системы шин в случае, если последняя оказы-
вается поврежденной, служат реле 5 и 6. На-
пряжение на опробуемую систему шин подается
через выключатель В1>
включаемый персоналом от
руки посредством контак-
тора управления 7. При за-
мыкании последнего мгно-
венно срабатывает проме-
жуточное реле 6, через,
верхний свой контакт по-
давая импульс на включе-
ние выключателя В1, а ниж-
ним снимая минус с выход-
ного отключающего реле 4+
Если включенная систе-
ма шин оказывается повре-
жденной, она отключается
через реле 2 и 5 соедини-
тельным выключателем*
Элементы рабочей системы
шин при атом не отклю-
чаются, так как с реле 4
постоянный ток на доста-
точное время снят реле 6.
Для этого время возврата
контактов реле 6 в исход-
ное положение после раз-
мыкания контактора 7 дол-
жно быть больше суммы времен включения
и отключения выключателя В1 и собственного
времени действия защиты. Такими свойствами
в номенклатуре ХЭМЗ обладают электрома-
гнитные реле для автоматики серии РЭ-185.
Такое выполнение схемы обладает следую-
щим серьезным недостатком: если поврежде-
ние с опробуемой резервной системы шин пе*
рекинется на рабочую, то оно не будет быстро
отключено. Уменьшить этот недостаток воз-
можно подачей минуса к реле 4 при отключении
выключателя В1 через блокшайбы на его валу
непосредственно или через нижний контакт
реле 6, выполняемый переключающим (показано
пунктиром). При этом должна быть обес-
печена тщательная регулировка блокконтактов
на валу выключателя В1.
При работе одновременно на обеих систе-
мах шин с включенным шиносоединительным
выключателем, например, в случае выделения
на вторую систему линии, защита которой про-
веряется, при повреждении на этой второй
системе отключаются все элементы. Путем не.
Фнг. Х1,10. Диференциальная токовая защита шин, скоммутированных по евро-
пейскому принципу, с элементами, работающими нормально на одной системе полос.
344
которого усложнения схемы представляется
возможным действовать в этом случае в пер-
вую очередь на отключение шиносоединитель-
ного выключателя, как при опробовании. При
этом элементы основной системы шин в случае,
если выделенный элемент не имеет генерирую-
щей мощности с противоположной стороны,
остаются в работе. На такое усложнение схемы
обычно не идут, имея в виду, что она приме-
няется главным образом для установок с не-
большим числом элементов.
Как принято делать для всех диференциаль-
ных защит шин, ip. m, реле 2 выбирается не толь-
ко больше максимального значения iH6, но
также больше ipmax наиболее мощного эле-
мента. Этим предотвращается неправильная
работа защиты при обрывах или закорачива-
ниях во вторичных цепях трансформаторов
тока в случае нормальной работы системы.
Для контроля за исправным состоянием
токовых цепей служит максимальное реле то-
ка 3, действующее на сигнал. В целях уйро-
щения в схеме предусмотрено только одно
контрольное реле, включенное в нулевой про-
вод защиты. Оно реагирует на обрывы цепей
одного или двух трансформаторов тока и не
действует при одновременном обрыве цепей
трансформаторов тока всех трех фаз. Послед-
ний вид повреждения считается малове-
роятным.
У реле, работающего на сигнал, iPt m выби-
рается по возможности меньшим для сигнали-
зации обрывов в токовых цепях мало нагру-
женных элементов. Он должен быть, однако,
больше 4бтах при нормальной работе. Для
рассматриваемых целей может быть использова-
но реле типа ЭТ-63/Д ХЭМЗ, имеющее ip. m min =
=0,15 А. Его ценным свойством для данного
случая является высокая термическая устой-
чивость, определяемая встроенным в реле
промежуточным насыщающимся трансформато-
ром (см. гл. II, § 19); поэтому реле при высо-
кой чувствительности длительно выдерживает
максимальные тойи нагрузки элементов при
обрывах.
Однако это реле имеет очень большое со-
противление, обусловливающее иногда боль-
шие отсосы и малую чувствительность схемы.
В таких случаях целесообразно заменять реле
ЭТ-63 каким-либо другим типом.
Для предотвращения работы сигнализации
при сквозных коротких замыканиях, сопровож-
дающихся появлением iH6 > ip. m реле 3, она
снабжается выдержкой времени на ступень At
большей максимальных выдержек защит эле-
ментов системы, действующих на отключение.
При получении сигнала защита должна вы-
водиться из действия снятием накладки 10.
Питание цепей постоянного тока защиты
производится от отдельных предохранителей
(+ш,— ш)у так как эта защита не может быть-
отнесена к какому-либо из выключателей эле-
ментов, который всегда может быть выведен
из работы. Цепи отключения питаются от пре-
дохранителей соответствующих выключателей.
Схема находит применение для защиты шин
высокого напряжения станций и подстанций,
имеющих небольшое число присоединенных
элементов и работающих нормально на одной
системе шин, если выдержки времени соот-
ветствующих защит линий неприемлемы по
условиям устойчивости.
При использовании схемы для систем с ма-
лыми токами замыкания на землю (например,
компенсированных систем 35 kV) она иногда
снабжалась блокировками, выводящими ее из
действия при Двойных замыканиях на землю,
когда одно из повреждений расположено на
шинах, или дающими возможность отключать-
ся одному месту замыкания (см. гл. III, § 29).
В настоящее время при принятом двухфазное
выполнении защит таких сетей без специаль-
ных блокировок защиты шин также следует
выполнять двухфазными без блокировок.
8. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ДЛЯ ШИНГ
С ФИКСИРОВАННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЭЛЕМЕН-
ТОВ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ
В некоторых случаях на станциях и ответ-
ственных подстанциях работают одновременно'
на двух системах шин высокого напряжения,
скоммутированных по европейскому принципу,
с нормально замкнутым шиносоединительным
выключателем. Отдельные элементы таких под-
станций часто для нормальных режимов рабо-
ты системы представляется возможным закре-
пить («зафиксировать») за определенной си-
стемой шин.
Для таких случаев [Л. 1] может быть при-
менена диференциальная токовая защита
(фиг. XI,И).
Трансформаторы тока устанавливают на
всех элементах, соединяющих каждую из си-
стем шин с другими частями системы, в том
числе и с другой системой тех же шин. По-
этому трансформаторы тока стоят также на
шиносоединительном выключателе.
Вторичные обмотки трансформаторов тока
(/ или 2) элементов, закрепленных за каждой
из систем шин, и соединительного выключа-
теля 3 соединяют между собой параллельно
и диференциально к ним приключают соответ-
ственно два комплекта реле максимального
тока мгновенного действия 4 и 5. Кроме того
две указанные группы трансформаторов тока
после реле 4 и 5 соединяют также параллель-
но и диференциально к ним приключают тре-
тий комплект токовых реле 6.
345*
ЭлементыЛ"
системы
Элементы
Л системы,
леренинутше иаЖ
Фиг. Х1,12. Токораспределение в схеме фиг.
Х1,П при работе всех элементов на одной
системе шин в момент сквозного короткого
замыкания.
Фиг. Х1Д1. Принципиальная схема диференциальной то-
ковой защиты для шин, работающих с фиксированным
распределением элементов.
Таким образом реле 4 и 5 оказываются
включенными на геометрическую сумму токов,
направленных к соответствующей системе
шин, а реле 6—на геометрическую сумму то- .
ков всех элементов, отходящих от защищае-
мых шин (вторичные токи трансформаторов
тока шиносоединительного выключателя вхо-
дят в схему дважды, однако, имея противопо-
ложное направление, они дают результирую-
щий ток в реле 6, равный нулю).
Шиносоединительный выключатель отклю-
чается через промежуточное реле /непосред-
ственно от реле 6. Остальные выключатели
чотключаются через промежуточное реле 8 и
9 только при одновременном срабатывании ре-
ле 6 с реле 4 или 5. При повреждении на од-
ной из систем шин, например /, сумма токов,
протекающих через реле 6 и 4, пропорцио-
нальна при идеальных трансформаторах току в
месте повреждения; они срабатывают и через
промежуточные реле 7 и 8 отключают только
первую систему шин. Вторая система шин //
не отключается, так как геометрическая сумма
токов, протекающих в этом случае через реле 5,
примерно равна нулю, и они не действуют.
При сквозных коротких замыканиях при-
мерно равны нулю суммы токов, протекающих
через все три комплекта реле 4, 5 и 6, поэто-
му защита на них не реагирует.
Из рассмотрения работы защиты следует,
что при работе с принятым фиксированным рас-
пределением элементов необходимости в ре-
ле 6 еще нет.
Иные соотношения получаются при работе
-с нарушенной фиксацией элементов.
На фиг. XI, 12 рассмотрено токораспреде-
ление при сквозном коротком замыкании при
346
Элементы
Л системы
Фиг. XI.13, Токораспределение в схеме фиг, VI,! 1 при
нарушенной фиксации и сквозном коротком замыкании.
режиме работы всеми элементами на одной
системе шин //. В этом случае геометрическая
сумма токов, протекающих через реле 4 и 5,
оказывается уже не равной нулю, как в пре-
дыдущем случае, и они могут неправильно
сработать. Такое же положение получается и
при работе на двух системах шин, но с на-
рушенной фиксацией элементов путем, напри-
мер, перевода правого элемента верхней си-
стемы / на нижнюю // (фиг. XI, 13).
Однако и в этих случаях геометрическая
сумма токов всех элементов, протекающая
через реле 6, равна примерно нулю. Таким
образом реле 6 служат для предотвращения
неправильной работы защиты при сквозных
коротких замыканиях в случае нарушенной
фиксации элементов.
Реле 6 является пусковым органом защиты,
устанавливающим возникновение повреждения
в защищаемой зоне на одной из систем шин.
Реле 4 и 5 представляют избирательные ор-
ганы, определяющие при внутренних повреж-
Питание
Элементы
Л системы
Элемент I системы
Фиг Х1Д4. Токораспределение в схеме фиг. XI, 11 при нарушенной
фиксации и повреждении на первой системе шин.
Питание дениях> на какой из
систем шин произо-
шло короткое замы-
кание.
Необходимо, од-
нако, отметить, что
при нарушенной фи-
ксации и возникно-
вении внутреннего
повреждения, изби-
рательные пусковые
органы работают
неселективно, обус-
ловливая возмож-
ность отключения
обеих систем шин
(фиг. Х1,14).
При установлении
фиксированного распре-
деления элементов жела-
тельно разводить парал-
лельные линии на разные
системы шин. Если па-
раллельные линии снаб-
жены поперечными диференциальными защитами (напра-
вленной диференциальной или токовой балансной), то
схема рассматриваемой диференциальной защиты шин
должна быть выполнена с соблюдением определенных
требований.
При повреждении на первой системе шин (фиг. XI,! 5)
подстанции Б и отключении диференциальной защитой
ее шин выключателя 3 параллельной линии ранее шино-
соединительного выключателя 5 (например, за счет неодно-
временного их действия) ток короткого замыкания /к от
подстанции А к подстанции Б направится по правой ли-
нии, присоединенной к неповрежденной системе шин.
В результате могут успеть (до отключения выключателя 5)
неправильно сработать балансная токовая зашита и на*
правленная диференциальная защита подстанции Л, от-
ключая выключатель 2. При отключении диференциаль-
ной защитой шин в том же случае шиносоединительиого
выключателя 5 ранее выключателя 3 (фиг. Х1,16) /,/,
протекающий по левой линии от шин подстанции А к
Питании
Фиг. XI, 16. Случай неправильного действия
диференциально направленной защиты при по-
вреждении на шинах с отключением шиносоеди-
нительиого выключателя ранее, чем линейного.
Питание
•Фиг. Х1Д5. Случай неправиль-
ного действия поперечных
диференциальных защит при
повреждении на шинах с от-
ключением линейного выклю-
чателя ранее шиносоедини-
тельиого.
подстанции Б, будет больше 1"к в правой линии при
одинаковом их направлении или последний окажется на-
правленным противоположно 1'к. В результате может
неправильно сработать диференциальная направленная
защита со стороны подстанции Б и отключить выключа
тель 4.
Для предотвращения неправильного отключения па
раллельных линий, разведенных на разные системы шин,
при повреждении на последних возможно одно из следую-
щих решений:
1) отключение диференциальной защитой шин вы-
ключателей параллельных линий с задержкой по отноше-
нию к шиносоединительному выключателю и выключате-
лям других элементов; автоматическое выведение из
действия направленных поперечных диференциальных
защит данной подстанции действующей защитой шин;
первым мероприятием предотвращается неправильная
работа защит со стороны противоположной подстанции,
вторым со стороны поврежденной;
2) отказ от установки на параллельных линиях попе-
речных диференциальных защит.
Если ни одно из этих решений неприемлемо (пер-
вое в связи с увеличением времени отключения повреж-
дений), параллельные линии приходится присоединять к
одной системе шин.
На фиг. XI.17 приведена принципиальная схема од-
ного из возможных вариантов выполнения рассматривае-
мой защиты, учитывающая в частности наличие параллель-
ных линий, разведенных на разные системы шин и снаб-
женных поперечными диференциальными защитами. Схе-
ма имеет следующие особенности:
1, Устройство для опробования толч-
ком ^напряжения одной из систем шин. При
работе на одной из систем шин и включении второй
шиносоединительным выключателем В1 диференциальная
защита воспринимает повреждение на последней как рас-
положенное внутри защищаемой зоны. Правильное ее
действие осуществляется следующим образом. При дей-
ствии контактором управления 10 промежуточное реле //,
имеющее задержку по времени при возврате (см. гл. XI,
§ 7), одновременно с посылкой импульса на включение
выключателя В1 мгновенно разрывает цепь постоянного
тока выходных промежуточных реле 8 и Р. Таким образом
диференциальная защита отклк чает только шиносоеди-
нительный выключатель через сработавшие реле 6 и про-
межуточное реле 7, оставленное включенным.
В некоторых случаях необходимо длительно держать
под напряжением одну из систем шин, включенную через
347
выключатель В1. Для того чтобы
в этом случае при ее поврежде
нии не была обесточена вся под-
чатеТ/ГГ П ЧерЯ пеРек™~
чатель и и средний нормально
замкнутый контакт реле 7 дли°
тельно включается под напряже-
ние и держит цепи выходных
промежуточных реле разорвав
ными. Ьсли при этом произойдет
повреждение на основной системе
шин, то оно отключится с за-
держкой, после того как р-ле И
будучи обесточенным сработав-
шим реле 7, возвратится с за-
держкои в исходное положение
пелеТиТИТЬ ЦеПИг, входных
реле 8 и 9 защиты. При повре-
ждении на выделенной системе
она быстро отключается через
выключатель 31 от реле 6 и 7.
2. Устройство для
обеспечения правильной
работы поперечных ди-
ференциальных защит
параллельных линий. При
действии защиты шин через нор-
мально замкнутый контакт реле 7
снимается постоянный ток с по-
перечной диференциальной за-
щиты линий с выключателем ВЗ
и Во данной подстанции. Для
предотвращения неправильного
действия защит противоположной
стороны параллельных лиьий вы-
ключатели ВЗ и В5 отключаются
с задержкой, создаваемой верхним
„мгновенным" контактом реле
времени 16 (0,1~и,15 сек.) или
скользящим его контактом
(и,25сек. и выше). Для этого реле
времени действует на промежу-
точное реле М, через которое
заведены цепи отключения вы-
ключателей BJ и В5 и которое,
одновременно прилипая, фикси-
pyei кратковременное замыкание
скользящего контакта реле вре-
мени и. *
После отключения защитой
шин всех элементов, за исключе-
нием одной из параллельных ли-
ний, ток повреждения, направляю-
щиися по ней к шинам, может
оказаться недостаточным для от-
ключения рассматриваемой линии.
Для этого схема имеет прилипа-
НИп Но лРомежУточных реле 7, 8
и Я Возврат схемы в исходное
положение происходит путем шун-
тирования обмотки реле 7 чеое*
нижний контакт реле времени / ?
имеющий выдержку больше м
времени, необходимого длящая.аксиРль"0ГО
защиты шин. Для предо^паше ЖН°И раб°ТЫ
закорачивания источника Рп^г"ИЯ "РИ ЭТ0М
последовательно с обмоткойоеЛТ°Г° Т°Ка
добавочное сопротивление 17 включено
-Лн^ чувств*,
шейной фикс^ц^й^еГен^о^. "Ц." Vo^ll
^ZZ"*> Работавших с на рушеннойР фиксацией
гуГппо?е^хекРе« Р^Л6 4 И 3 избирательных оргажАо-
11,1 «JТ В общем случае токи> пропорциональные
только части тока в месте повреждения (фиг. XI, 14, ре-
348
s
5* 25 ^
О е-
SS2S
§ £ s S
м О (LI Я
77 Q, tt И-
Л ~% £
Ye a,s
Л s c °
нЗя5
S'ls
. «J
[- ле 5). Через реле 6 пускового органа течет ток, пропор-
г- циональный полному току в месте повреждения. Таким
образом избирательные органы, не требующиеся для дан-
ного режима работы шин, только уменьшают чувстви-
тельность защиты последних. Поэтому для режимов с
нарушенным распределением элементов между системами
шин предусматривается шунтирование контактов реле 4
и 5 посредством переключателя /5, производимое от руки.
Для возврата сработавшей схемы в исходное положение
при таком режиме предусматривается шунтирование об-
мотки промежуточного реле 7 через нижний контакт
реле времени 13.
4. Устройство для обеспечения правиль-
ног|) действия схемыпри выделении на от-
дельную систему шин элемента с запетле-
ванным выключателем. Для того чтобы сохра-
нить в работе элемент при ревизии его выключателя, в
некоторых системах высокого напряжения, имеющих со-
ответствующую конструкцию подстанции, этот элемент
выделяется через шиносоединительный выключатель на
одну из освобожденных систем шин, а его выключатель
„запетляется*. Встроенные во втулки запетлеванноге вы-
ключателя трансформаторы тока выводятся при этом из
схемы коммутации вместе с выключателем. Из схемы за-
щиты выводятся также их вторичные обмотки. Поэтому,
если указанные встроенные трансформаторы тока исполь-
зованы для защиты шин, баланс токов в схеме нару-
шается. Если при этом ток в выделенном элементе будет
больше тока трогания защиты, она неселективно Сра-
ботает.
При рассматриваемом режиме для сохранения в ра-
боте диференциальной защиты основной системы шин
необходимо вывести из схемы группу трансформаторов
тока 3 шиносоединительного выключателя, входящего в
цепь защиты той системы шин, на которую выделен за-
петлеванный выключатель. Это производится в* схеме
посредством переключателей 16, которые одновременно
используются для закорачивания вторичных цепей выде-
ленных трансформаторов тока 3.
Защита системы шин, на которую выделен элемент,
как и защита самого элемента, должна осуществляться
или специальным резервным комплектом защиты, уста-
навливаемым на шиносоединительцом выключателе, или
переводом защит данного элемента на шиносоединитель-
ный выключатель.
Приведенное выше рассмотрение одного из возмож-
ных вариантов выполнения полной схемы диференциаль-
ной защиты для шин с фиксированным распределением
элементов показывает сумму вопросов, с которыми при-
ходится иметь дело при осуществлении таких защит.
Необходимо отметить, что, например, при отсутствии па-
раллельных линий с поперечными диференциальными
защитами схема в связи с изъятием из нее устройства
для задержки отключения выключателей параллельных
линий соответственно упрощается.
На основании рассмотрения диференциаль-
ной защиты шин с фиксированным распределе-
нием элементов можно сделать следующие вы-
воды:
1) защита работает селективно при внешних
коротких замыканиях при любом распределении
элементов между двумя системами шин;
2) обеспечивает отключение только одной
поврежденной системы шин при принятом фик-
сированном распределении элементов;
3) отключает обе системы шин при повреж-
дении одной из них в случае нарушения приня-
того распределения элементов;
4) правильно действует при работе всех эле-
ментов на одной системе шин;
5) действует мгновенно на отключение выключателей
всех элементов, за исключением параллельных линий, раз-
веденных на разные системы шин и защищенных попереч-
ными диференциальными защитами.
6) одним из основных недостатков защиты
является то, что она требует фиксирования эле-
ментов за определенными системами шин, что
представляет определенные неудобства для экс-
плоатации.
Следует также иметь в виду, что при работе
на двух системах шин сильно увеличивается ко-
личество переключений разъединителями, так
как при ревизии каждого выключателя необхо-
димо все элементы переводить на одну систему
шин. Повреждения же на шинах часто и проис-
ходят в момент работы разъединителями за
счет их поломки при неудовлетворительном ме-
ханическом состоянии изоляции. Однако на это
в некоторых случаях приходится итти, принимая
во внимание, что достаточно простых схем за-
щит, не требующих фиксированного распреде-
ления элементов, в настоящее время еще не
существует.
Защита в настоящее время используется для
шин станций и -подстанций напряжением ПО kV,
а ™ог<?а и 35 kV, скоммутированных по евро-
пейской схеме и работающих одновременно на
обеих системах шин. Защита применяется так-
же для шин, скоммутированных по смешанной
схеме, когда часть элементов (например, питаю-
щих трансформаторов) имеет по два автомати-
ческих выключателя.
9. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ШИН,
НЕ ТРЕБУЮЩАЯ ФИКСИРОВАННОГО РАСПРЕДЕ-
ЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ
^ Защита предназначается для шин станций и подстан-
ций, скоммутированных по европейской схеме, работающих
одновременно на обзих системах шин и имеющих ряд экс-
плоатационных режимов распределения элементов между
указанными системами шин.
Принципиальная однолинейная схема защиты приве-
дена на фиг. Х1,18 [Л. 2, Л. 1].
Защита выполнена на диференциальном принципе с ис-
пользованием схемы на циркуляции токов. Для этого
трансформаторы тока / всех элементов за исключением
шиносоединительного выключателя соединяются парал-
лельно и диференциально к ним приключаются реле мак-
симального тока 2.
Все другие основные добавления в схеме предназна-
чены для выбора одной поврежденной системы шин из
двух, находящихся в одновременной работе.
Наличие повреждения в защищаемой зоне на одной
из двух систем шин устанавливается посредством реле
максимального тока 2, являющегося таким образом пуско-
вым органом защиты.
Выбор поврежденной системы шин при работе с замк-
нутым шиносоединительным выключателем производится
мгновенными диференциальными токовыми реле 3, уста-
навливающими направление тока через соединительный
выключатель по отношению к току в месте повреждения.
Диференциальные токовые реле <?, имеющие две об-
мотки— рабочую и тормозную, включаются следующим
образом (фиг. XI, 19):
а), рабочая (р. о.) и тормозная (г. о.) обмотки каж-
дого из реле соединяются последовательно;
б) последовательно включенные обмотки двух реле
соединяются параллельно между собой и приключаются
на диференциальный ток в схеме защиты последовательно
с обмоткой а пускового органа 2;
в) к точкам соединения рабочих и тормозных обмоток
каждого реле подводится ток от трансформатора тока 4%
349
■Mi "£it
ago
«ago
к 55 ч
g^
S2s
o*5 к
a> а д
— Й, °>
o2u
«eft
к
« tr s
cd «I o
CO >Q ^
•S О —
& S3 В
« я
о, ■=
установленного в цепи шшюсоединительного выключателя.
При повреждении на одной из систем шин через ра-
бочую обмотку одного из реле 3 проходит геометриче-
ская сумма тока повреждения и тока шиносоединитель-
иого выключателя, а через тормозную обмотку этого же
реле разность указанных токов.
В это г момент через рабочую обмотку второго реле 3
протекает, наоборот, разность токов повреждения и шино-
соединительного выключателя, а через тормозную обмот-
ку их сумма.
350
Таким образом подействует только одно
из диференциальных «реле, давая возмож-
0^* I ность отключиться только «поврежденной cu-
ll и стеме шт.
£шмош ^Ри ^повреждении* ва другой шетеме шин
и ток повреждения в дифференциальной цели
будет чшеть то (же направление, а направле-
ние «тока через ишносоединиггельный выклю-
чатель изменится и а обратное.
•При этом действует второе диферен-
циальное .реле 3, опять давая возможность
отключиться только поврежденной системе
шин.
.Выбор (поврежденной системы шиш «ри
работе «с разомкнутым шиносоедин»ительным
выключателем офоизводится 'мгновенными ди-
(ференцишшньши' реле напряжения 5, дающи-
ми возможность отключения той .системы
шин/которая и/меет меньшее, остаточное на-
пряжение {три междуфазных замыканиях).
Диференциалыные реле напряжения имеют
две обмотки:, рабочую га тормозную. Тормоз-
ная обмотка (для «междуфазного комплекта)
питается от трансформаторов напряжения той
системы шин, (Повреждения на которой долж-
ны отключаться через данное реле напряже-
ния, рабочая обмотка—от трансформаторов! на-
пряжения 'сооцвететвешю другой системы шин.
Для защиты от замыканий на землю в системах с hj-
глухо, заземленной нулевой точкой устанавливается от-
дельное диференциалькое реле напряжения, включаемое
на напряжение нулевой последовательности двух систем
шин. Напряжение нулевой последовательности в противо-
положность полному имеет максимальное значение в месте
повреждения; поэтому обмотки этого реле должны вклю-
чаться противоположно указанному выше для между-
фазных замыканий.
При работе на одной из систем шин (вторая система
без напряжения) быстрота отключения повреждений до-
стигается посредством реле минимального напряжения 6
(фиг. XI, 18), через которые заведены цепи отключения
защиты. При этом отключение данной поврежденной. си-
стемы шин (производится через замкнутые контакты реле
минимального напряжения, присоединенных к трансформа-
торам напряжения другой обесточенной системы шин.
Для предотвращения неправильного отключения не-
поврежденной системы шин при работе на обеих системах
и повреждении на одной из них реле 6 действуют на за-
мыкание контактов с выдержкой времени. Указанная вы-
держка времени должна быть выбрана больше максималь-
ного времени действия защиты при работе на обеих си-
стемах шин и функционировании, следовательно, диферен-
циальных реле тока или напряжения.
Цепи отключения защиты заводятся через контакты
на разъединителях, помощью которых устанавливается,
к какой из систем шин в данный момент времени присо-
единяется тот или другой элемент данной станции или
подстанции. Если, однако, повреждение на шинах будет
вызвано •невдравильной манипуляцией с разъединителями
под нагрузкой, цепь отключения одного из выключателей
оказывается разорванной и он не сможет отделить по-
врежденные шины о г остальной части электрической си-
стемы. Устранение указанного»недостатка может быть до-
стигнуто дальнейшим усложнением схемы. Поэтому обя-
зательно применять блокировки, предотвращающие воз-
можность таких неправильных действий.
Схема в полном ©иде имеет еще ряд дополнительных
устройств, учитывающих специфические режимы работы,
рассмотренные в двух предыдущих параграфах. '
Достоинством защиты является ее правильное дей-
ствие, обеспечивающее отключение только одной повреж-
денной системы шин, скоммутированных по европейскому
принципу, принципиально при любом распределении эле-
ментов »между' системами. В связи с этим схема иногда
именуется универсальной.
Однако схема: 4
1) весьма сложна;
2) требует включения отключающих цепей через
обычно недостаточно надежные вспомогательные контакты
на разъединителях;
3) при недостаточных токах в цепи шиносоедини-
тельного выключателя по сравнению с током в месте по-
вреждения диференциальные токовые реле 3 могут не
действовать; при этом в первую очередь будет отклю-
чаться шиносоединительный выключатель, и только после
этого диференциальные реле напряжения 5 дадут воз-
можность отключения поврежденной системы шин; защи-
та в этом случае работает каскадно, увеличивая время
отключения повреждения.
Поэтому универсальную схему диференциальной' за-
щиты можно применять только для защиты шин высокого
напряжения ответственных станций и подстанций, ском-
мутированных по европейской схеме, требующих обяза-
тельной работы на двух системах шин, мгновенного от-
ключения повреждений и в то же время имеющих часто
меняющийся режим работы, не дающий возможности осу-
ществить фиксацию элементов и применять более простую
схему защиты.
Следует также отметить, что подобные установки
иногда более целесообразно коммутировать по американ-
ской схеме, дающей в частности возможность осущест-
вления весьма простой и совершенной защиты шин.
10. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ШИН,
СКОММУТИРОВАННЫХ ПО АМЕРИКАНСКОЙ СХЕМЕ
Принципиальная однолинейная схема такой
защиты приведена на фиг. XI, 20.
Для защиты используются трансформаторы
тока (отдельные или встроенные), устанавлива-
емые на развилке у каждого выключателя.
Таким образом на каждый элемент требуются
две группы трансформаторов.
Вторичные обмотки всех трансформаторов
тока, установленных на выключателях, присое-
диняемых к данной системе шин, соединяются
параллельно и диференциально к ним приключа-
ются реле максимального тока, действующие
на отключение через промежуточные реле.
Фиг. Х1,20. Диференциальная токовая защита шин, ском-
мутированных по американскому принципу.
Таким образом каждая из систем шин оказы-
вается имеющей свою защиту, совершенно не
зависимую от защиты другой системы.
При возникновении повреждения на одной
из Систем шин срабатывает только ее защита,
"отключая соответствующие выключатели. Вто-
рая защита не работает, так как для нее по-
вреждение является внешним. Таким образом
обеспечивается оставление в работе всех эле-
ментов, присоединенных к шинам.
Схема получается простой, достаточно'на-
дежной, обеспечивающей быстрое отключение
только одной поврежденной системы при лю-
бых режимах работы шин. Поэтому для шин,
скоммутированных по американскому принципу,
данная защита рекомендуется к применению ва
всех случаях.
11. РАСЧЕТ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ШИН
Основным в расчете диференциальных защит
шин является правильный выбор ip.m диферен-
циально включенных максимальных реле тока,
действующих на отключение:
1) ip.m должен быть больше Wmax, проте-
кающего через реле при внешних, коротких
замыканиях: . .
lp.m ^> 1нб max; (XI, lb у
2) ip.m должен быть больше ipau.max наиболее
мощного из присоединенных элементой для пре-
дотвращения неправильной работы защиты при
повреждениях во вторичных цепях трансфор-
маторов тока:
1р* т ^ 1раб max. (XI, 16)
351
Расчет защиты согласно второму условию
никаких затруднений не представляет.
Иначе (см. гл. XI, § 1) обстоит вопрос с
определением Ыт^. Трудности связаны здесь
в частности с тем, что приходится вести расчет
с учетом переходного процесса в трансформа-
торах тока, с учетом апериодической слагающей
тока повреждения. Учет этой апериодической
слагающей для защит шин станций тем более
важен, что она в этих местах системы затухает
наиболее медленно, так как постоянная времени
затухания определяется в основном почти чисто
реактивными сопротивлениями генераторов и
трансформаторов.
На фиг. XI, 21 в виде примера приведена
осциллограмма изменения iH6 в схеме диферен-
циальной защиты шин при сквозном коротком
замыкании. Из нее видно, какие относительно
большие значения может получать ток небалан-
са в первые периоды повреждения, когда транс-
ШЛДдда».?...,
Фиг. Х1,21. Осциллограмма зависимости мгновенных зна-
чений тока небаланса в схеме диференциальной защиты
шин в функции времени при сквозных коротких замыканиях.
форматор тока, по которому протекает суммар-
ный ток сквозного короткого замыкания, насы-
щается за счет наличия апериодической соста-
вляющей.
Из рассмотрения этой же кривой мгновен-
ных значений /«$, расположенной в первые пери-
оды по одну сторону от оси абсцисс, видно, что
iHc имеет очень большие слагающие высших гар-
моник. Поэтому в некоторых случаях для дифе-
ренциальных защит шЬн целесообразно приме-
нять реле с торможением от высших гармо-
нических (гл. V, §12).
Появившиеся в последнее время приближен-
ные аналитические расчеты значений iH6mzn в
первые периоды короткого замыкания [Л. 3.]
еще недостаточно проверены. Поэтому до на-
стоящего времени пользуются следующими со-
ображениями.
Вновь устанавливаемые для диференциаль-
ной защиты трансформаторы тока выбираются
с такими пт, чтобы их ошибки в пт при макси-
мальных токах короткого замыкания и наиболь-
шей вторичной нагрузке укладывались в так
называемые десятипроцентные кривые погреш-
ностей (см. гл. II, § 12). Влияния апериодиче-
ской слагающей стремятся учесть искусственно,
увеличивая примерно в два раза расчётный ток
короткого замыкания. Ток трогания защиты,
вычисляемый по первому условию селективно-
сти, выбирается при этом больше алгебраиче-
ской суммы токов намагничивания всех транс-
352
форматоров тока или десятипроцентного значе-
ния от соответствующей величины тока корот-
кого замыкания.
Для защит с трансформаторами тока, имею-
щими заданные параметры, ip.m определяется
как алгебраическая сумма токов намагничивания,
отнесенных к случаю сквозного короткого за-
мыкания с искусственно увеличенным примерно
в два раза током повреждения.
При определении нагрузок, приходящихся
на трансформаторы тока, следует учитывать,
что в целях экономии контрольного кабеля
вторичные цепи трансформаторов тока в неко-
торых случаях оказывается целесообразным
соединять между собой не на щите, как это
условно показано на фиг. XI, 22, а на сборке в
распределительном устройстве или на открытой
подстанции (фиг. XI, 23).
Фиг. XI.22. Соединение вторичных обмоток трансформато*
ров тока диференциальной защиты шин на релейном щите,
^Соединение враспр. ^*\*-Ка6ель-*\
устройстде или на на щит
подстанции (на сбор*
Фиг. Х1,23. Соединение вторичных обмоток трансформа-
торов тока диференциальной защиты шин в распредели^
тельном устройстве или открытой подстанции.
При выборе ip.m реле избирательных органоь
диференциальной защиты с фиксированные
присоединением приходится также учитывать
случай короткого замыкания на второй системе
шин, когда на зажимах пускового органа появ-
ляется напряжение, обусловленное падением
напряжения от тока повреждения в обмотке
его реле. Это может приводить к увеличению
получающихся расчетных г«$.
12. НЕПОЛНЫЕ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ ШИН
Существенным недостатком диференциаль-
ного принципа является то, что при его при-
менении необходима установка трансформато-
ров тока на всех элементах, присоединенных
к защищаемым шинам. Это в частности за-
трудняет использование диференциальногоприн-
ципа для защит шин низкого напряжения
(6-МО kV) станций и подстанций, от которых
часто отходит большое число линий.
иг. Х1,24. Принципиальная схема неполной токовой
диференциальной защиты секции шин станции.
На фиг. XI, 24 представлена в однолиней-
ном виде принципиальная схема так называемой
неполной диференциальной защиты [Л. 4], тре-
бующая установки трансформаторов тока толь-
ко на генерирующих источниках или элементах,
связывающих данные шины с генерирующими
частями системы. В изображенном частном
случае трансформаторы тока для защиты каж-
дой из секций шин должны быть установлены
на генераторе, повышающем трансформаторе
и секционном реакторе.
Эти трансформаторы тока, имеющие одина-
ковые пт, соединяются параллельно и диферен-
циально к ним присоединяются максимальные
реле тока, действующие на отключение эле-
ментов защищаемой секции.
i'p. m должен выбираться больше ip max, кото-
рый может отдаваться потребителям через
данную секцию шин с учетом ke реле макси-
мального тока:
Ь р,т — ~
' 1раб 1
(XI, 17)
Выдержка времени должна быть на ступень
М больше максимальной выдержки времени
защит элементов данной секции, не охваченных
трансформаторами тока защиты.
В том случае, если охваченные трансфор-
маторами тока элементы имеют сосоедоточен-
23 Релейная защита
ные импедансы, ip.m и выдержка времени защи-
ты могут быть выбраны иначе.
Выдержка времени защиты выбирается на
ступень Д£ больше времени быстродействую-
щих защит элементов, не охваченных транс-
форматорами тока защиты шин (максимальной
токовой защиты —отсечки, установленной на
реактированных линиях и диференциальной за-
щиты трансформаторов собственного расхода).
Этим предотвращается неправильное действие
защиты шин при повреждениях, например, на
указанных линиях до реакторов или в первых
витках последних. Гр. т защиты при этом должен
быть выбран больше максимального тока ко-
роткого замыкания, посылаемого всеми гене-
рирующими элементами данной секции при
повреждении за сосредоточенными импеданса-
ми указанных элементов с учетом его затуха-
ния, определяемого временем работы защиты.
Другими словами, i"Pmfn должен быть больше
тока короткого замыкания, протекающего по
элементу при повреждении за его импедансом:
ip% т=к'н- iKj. max. (XI, 18)
Таким образом предотвращается неправиль-
ное действие защиты при повреждениях за
реакторами элементов, не охваченных транс-
форматорами тока защиты, или за понизитель-
ными трансформаторами.
Два указанных органа пуска и выдержки
времени могут быть также применены одно-
временно. Тогда при больших токах поврежде-
ния защита работает с относительно небольшой
выдержкой времени, при небольших же токах
повреждения отключение обеспечивается, но с
повышенным временем.
При применении схемы для защиты шин
генераторного напряжения станций начальные
токи повреждений на шинах, определяемые
сверхпереходными сопротивлениями генерато-
ров, обычно бывают достаточно велики. Токи
же повреждения даже ко времени срабатыва-
ния более быстродействующего из рассмотрен-
ных комплектов реле (приблизительно 1 сек. от
возникновения короткого замыкания) при от-
сутствии регуляторов напряжения быстро за-
тухают и могут оказаться меньше ip. m.
Поэтому (например, применительно к защи-
те шин станций) может оказаться целесообраз-
ным вариант с фиксацией начального значения
тока короткого замыкания [Л. 4, Л. 5] для более
грубого пускового органа (фиг. Х1,25).
Он действует следующим образом. При воз-
никновении короткого замыкания на защищае-
мой секции шин срабатывают как грубый /, так
и более чувствительный 2 пусковые органы.
Действует промежуточное реле 3 и получает
прилипание через контакты реле 2. Поврежде-
ние отключается через реле времени 4, с вы-
держкой 0,7 — 1,2 и промежуточное реле 5. Ес-
353
И защите минимального
напряжения
Фиг. XI, 25. Принципиальная схема неполной токовой диферен-
циальной защиты секций шин станции с двумя пусковыми органами,
из которых брлее грубый имеет фиксацию начального значения
тока короткого замыкания.
ли в процессе работы реле времени 4 ток ко-
роткого замыкания спадет и реле 1 разомкнет
свои контакты, это не нарушит действия защи-
ты, так как более чувствительное реле 2, как
правило, будет оставлять свои контакты замк-
нутыми. При небольших начальных токах по-
вреждения в случае короткого замыкания на
шинах или резервного действия защиты реле 1
не работает. Тогда защита действует через реле
времени 6, имеющее выдержку времени боль-
шую, чем на защитах элементов, не охвачен-
ных трансформаторами тока защиты шин.
Однако этот вариант неприменим в тех же -случаях,
что и фиксация мгновенного замера сопротивления (см.
гл, XI, § 4).
В схеме неполной диференциальной защиты шин вза-
мен токовых пусковых органов с соответствующими орга-
нами выдержки времени может быть целиком присоеди-
нена защита минимального -импеданса (см. гл. XI, § 4).
Такая комбинированная защита называется даференциаль-
«о-дистанционной или дистанционной с включением на
сумму таков питающих элементов. Принципиальная схема
ее*применительно к защите секционированных шин стан-
ции (без секционного реактора) приведена на фиг. XI, 26.
На этой 'схеме весь комплект защиты минимального им-
педанса показан условно одним реле минимального импе-
данса, напряжение к которому должно подводиться от
измерительных трансформаторов защищаемой секции или
трансфера, если на последний переведены элементы
секции.
Ток трогапия пускового органа такой комбинирован-
ной защиты выбирается согласно (XI,17), импеданс тро-
гания — меньше минимального импеданса трансформаторов
собственного расхода или реакторов линий, не охвачен-
ных трансформаторами тока защиты.
Выдержка времени устанавливается на ступень &t
больше выдержек времени быстродействующих защит
реакторов линий и понижающих трансформаторов.
354
Кзащите
минимальное)
напряжении
Фиг. Х1,26. Принципиальная схема дистанциоино-
диференциальной защиты секций шин станции.
Рассмотренные защиты обладают следующи-
ми основными недостатками:
1) имеют относительно большие выдержки
времени даже в тех случаях, когда элементы,
не охваченные трансформаторами тока защиты,
имеют сосредоточенные сопротивления;
2) достаточно сложны за счет параллельного
соединения трансформаторов тока всех элемен-
тов, могущих питать поврежденные шины.
Однако схемы дистанционно-диференциаль-
ной и неполной диференциальной защиты с фик-
сацией начального значения тока короткого за-
мыкания могут иметь следующие преимущества
по сравнению с рассмотренной выше защитой
минимального импеданса (гл. XII, § 4):
1) как правило, более чувствительны по пу-
ску, так как реагируют на суммарный ток в ме-
сте повреждения;
2) могут быть более чувствительны в целом,
так как, например, чувствителыюсть омметра в
схеме фиг. XI, 26 не должна согласовываться с
обычно малыми сопротивлениями повысительиых
трансформаторов и секционных реакторов; на
замер этого омметра менее влияют Rn, так как
падения напряжения на них определяются тем
же током, который подается к его зажимам,
и т. д.;
3) защиты правильно функционируют также
в тех случаях, когда связи между защищаемы-
Фиг Х1,27. Защита максимального напряжения нулевой пос-
ледовательности для шин в системах с частично заземлен-
ными нулевыми точками.
ми секциями шин не имею* реакторов
(фиг. XI, 24).
Поэтому, несмотря на перечисленные выше
недостатки, схемы фиг. XI, 25 и XI, 26 (в основ-
ном первая) в последнее время часто приме-
няются для защиты секционированных шин ге-
нераторного напряжения.
13. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ ШИН ОТХОДНО-
ФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Защита шин от однофазных замыканий на землю
в системах, имеющих частично заземленные нулевые точки.
В мощных электрических системах высокого напряжения
(110 kV и выше), работающих с наглухо - заземленными,
нулевыми точками, в целях уменьшения токов замыкания
на ■ землю осуществляют частичное заземление нулевых
течек силовых трансформаторов станний и подстанций.
Это мероприятие в некоторых случаях желательно также
для надежного действия устанавливаемых защит от за-
мыканий на землю, так как дает в частности возможность
сохранять в. системе при различных коммутационных пе-
реключениях и отключениях примерно постоянный -режим
заземления, определяющий в основном токи нулевой по-
следовательности.
При защите таких -систем следует ооращать внимание
на то, чтобы при отключениях однофазных Замыканий на
землю, отдельные части сети не оставались работаю-
щими с однофазным замыканием на. землю при изолиро-
ванной нулевой точке. В последнем «случае sa счет пере-
межающейся вольтовой дуги, обусловленной емкостным
током, могут возникнуть- недопустимые перенапряжения.
Фиг XI 2& Американский тип специальной защиты шин от однофазных
* ' замыканий на землю*
Это может произойти в том случае, когда первыми
отключатся все те выключатели, которые соединяют по-
врежденный элемент с частями системы, имеющими за-
земленные" нулевые точки. После этого защиты, установ-
ленные на элементах, связывающих поврежденный эле-
мент с генерирующими частями системы, имеющими изо
дарованные нулевые точки, действовать уже не смогут,
так как токи, повреждения будут практически близки
токи, повреждения будут практически близки
к нулю.
При повреждениях на шинах я применении для них
специальных быстродействующих защит этого, как пра-
вило, быть не* может, так как защиты линий оказывают-
ся работающими при коротком замыкании на шинах более
медленно. - -
При защите шин посредством защит элементов, к ним
присоединенных (линий, агрегатов генератор-трансформа-
тор/ и т. д.), необходимо характеристики последних под-
бирать так, чтобы хотя один выключатель, связывающий
поврежденные -шины с заземленными элементами системы,
отключался последним.
. При повреждениях на линии опасность может воз-
никнуть, например, в случае, если последняя соединяет
наглухо заземленную систему с частью* имеющей изоли-
рованную нулевую точку и источник питания.
В последних случаях на соответствующих шинах
устанавливается <в качестве резервной мгновенная защита
Максимального напряжения нулевой последовательности
Ее напряжение трогания tip. щзыоирается больше мак-
симального напряжения нулевой последовательности, по-
являющегося при замыканиях на землю при заземленных
нулевых точках. m„„ov
В случае* если при замыкании на землю на шинах
"или даже на линиях система оказывается работающей
с изолированной нуленой точкой, напряжение нулевой по-
следовательности резко возрастает и защита «ксималь-
ного напряжения отключает шины, а вместе с ними к
генерирующие источники с изолированными нулевыми точ-
*аМОдним из существенных недостатков этой зашиты
является трудность выбора ^**^^тж.^>
печивающего ее селективность и в то же время доста
тода Чувствительность. Поэтому ее часто выполняют
ГЖржко* времени большей, чем у резервных защит
смежных элементов сети и пониженным по. т.
355
23*
Защиты от замыканий на землю американ-
ского типа. Принципиальная схема защиты пред-
ставлена на фиг. XI, 28. Принцип действия за-
щиты построен на использовании тока повреж-
дения, направляющегося в землю по специаль-
ной заземляющей шине, при замыканиях между
фазами шин и металлическим каркасом распре-
делительного устройства или металлической
частью опорных изоляторов.
На заземляющей шине устанавливается
трансформатор тока, питающий реле максималь-
ного тока мгновенного действия, отключающее
через промежуточное реле выключатели всех
элементов, присоединенных к поврежденной си-
стеме шин.
Принцип защиты требует применения спе-
циальных строительных материалов, плохо про-
водящих электрический ток, или специальной
конструкции железнь!х каркасов зданий или от-
крытых подстанций.
Схема может применяться для защиты от
замыканий на землю шин как в системах с на-
глухо заземленной нулевой точкой, так и в си-
стемах с малыми токами замыкания на землю
(например, заземленных через высокоомные ак-
тивные сопротивления).
Схема широко применяется в США. В СССР
она распространения еще не получила в част-
ности в связи с тем, что не охватывает всех
видов повреждений, от которых считается необ-
ходимым защищать шины, а также ввиду необ-
ходимости сооружения подстанций специальной
конструкции.
ГЛАВА XII
ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ И СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1. НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ
Основными видами повреждений двигателей
являются: 1) многофазные замыкания и 2) одно-
фазные замыкания на землю или между вит-
ками одной фазы.
Основным видом ненормальных режимов
работы являются сверхтоки.
Эти сверхтоки для асинхронных двигателей
в основном обусловливаются: 1) перегрузкой
приводимого в движение механизма; 2) снижен-
ным против нормального числом оборотов
вследствие происходившего в системе пониже-
ния напряжения; 3) обрывом одной из фаз в
цепи, питающей двигатель.
Для синхронных двигателей сверхтоки опре-
деляются, как и для асинхронных, перегрузкой
приводимого в движение механизма; кроме того
частой причиной их возникновения может яв-
ляться выпадение двигателя из синхронизма и
переход его в асинхронный режим работы.
Двигатели, преимущественно асинхронные,
используются в современных электрических
установках в очень большом количестве. Стои-
мость их для средних и небольших мощностей
в большинстве случаев относительно невелика.
Эксплоатация защиты двигателей в промышлен-
ных установках производится, как правило, не
специально для этого выделенным персоналом.
Применение защитных устройств,*- которые
реагировали бы на большинство возможных ви-
дов повреждений и ненормальных режимов ра-
боты двигателей, может привести к значитель-
ному усложнению этих защит и их эксплоата-
ции.
Поэтому основное внимание должно быть
обращено на хорошую постановку эксплоатации
356
двигателей, тщательное проведение осмотров и
ревизий и своевременное устранение выявлен-
ных при этом дефектов. Защита же двигателей,
в особенности средней и небольшой мощности,
должна быть максимально простой и надежной.
В соответствии с изложенным для защит
двигателей, в особенности небольшой мощности
и напряжением 500 V и ниже, очень широко ис-
пользуются плавкие предохранители. При .осу-
ществлении защиты посредством реле основное
внимание обращается на обеспечение ее дей-
ствия при многофазных замыканиях в двигате-
лях и некоторых видах сверхтоков.
Специальная защита от замыканий между
витками одной фазы, как правило, не устанав-
ливается, несмотря на то, что этот вид повреж-
дений является относительно частым. Это опре-
деляется тем, что в настоящее время не су-
ществует достаточно удовлетворительной и де-
шевой защиты от указанного вида повреж-
дений.
Обычно на двигателях не устанавливаются
также защиты от однофазных замыканий на
землю, так как двигатели, как правило, работа-
ют в системах с напряжением 6 kV и ниже,
имеющих малые токи замыкания на землю.
При возникновении однофазного замыкания
на землю треугольник линейных напряжений,
определяющий работу двигателя, остается в та-
кой системе практически неизменным. Поэтому
двигатель продолжает развивать нормальный
вращающий момент. Токи однофазного замыка-
ния на землю, определяемые емкостями фаз
системы данного напряжения1 по отношению к
земле, обычно не превосходят нескольких ампер
и поэтому не могут обусловить серьезного по-
вреждения стали статора двигателей.
Возникшее однофазное замыкание на землю,
определяемое по показаниям устройств для кон-
троля изоляции, отыскивается и ликвидируется
вручную дежурным персоналом.
Исключением в этом отношении являются:
двигатели, работающие в четырехпроводных
сетях напряжением 380/220 V, имеющих в целях
безопасности обслуживающего персонала на-
глухо заземленную нулевую точку; двигатели
очень большой мощности, на которых устанавли-
ваются защиты, подобные генераторным, а так-
же двигатели, работающие в сетях со значи-
тельными токами замыкания на землю, которые
при достаточной длительности могут приводить
к сильным повреждениям машин.
При возникновении / повреждения защита
асинхронного двигателя должна обеспечить его
отключение. На синхронном двигателе современ-
ной конструкции, имеющем асинхронный пуск,
защита кроме того должна переключить его об-
мотку возбуждения на - разрядное {пусковое)
сопротивление. На синхронных двигателях ста-
рой конструкции, не имеющих асинхрсйшого
пуска, защита должна привести в действие
устройство для автоматического гашения по-
ля (АГП).
При ненормальном, опасном для двигателя,
режиме работы защита в зависимости от воз-
никших условий должна произвести те же дей-
ствия, что и при повреждении двигателя, или
только дать сигнал обслуживающему персоналу.
Для синхронных двигателей современной
конструкции часто при сверхтоках, обуслов-
ленных выпадением из синхронизма, предусма-
тривается перевод их в асинхронный пусковой
режим для облегчения обратной синхрониза-
ции. В тех же целях иногда может применяться
автоматическая разгрузка приводимого двига-
телем в движение механизма.
В некоторых случаях на двигателях прихо-
дится устанавливать защитные устройства,пред-
назначенные в основном не для их непосред-
ственней защиты, а для обеспечения беспере-
бойной работы установки в целом, предотвра-
щения неожиданного для обслуживающего пер-
сонала самозапуска двигателей после их дли-
тельной остановки и т. д. Это главным образом
относится к защитам, действующим в резуль-
тате понижений напряжения в системе (см.
гл. XI , § 9).
2. ПЕРЕГРУЗКА ДВИГАТЕЛЕЙ
Перегрузка двигателя определяется приво-
димым им в движение механизмом и характе-
ризуется появлением токов, превышающих но-
минальный.
Номинальная мощность двигателей в настоя-
щее время устанавливается, исходя из нагрева
его обмоток до максимальной длительно-до-
пустимой или, что то же, номинальной тем-
пературы tH0M при температуре охлаждающего
воздуха £в=*35°С.
Поэтому даже относительно небольшая пе-
регрузка двигателя, работающего при темпе-
ратуре £в=35°С, приводит к перегреву его
обмоток.
Уравнение нагрева двигателя. Измейение
превышения температуры т обмоток над тем-
пературой охлаждающего воздуха от началь-
ного значения т0 до конечного установившегося
значения ттах происходит в течение некоторого
времени, зависящего от результирующей тепло-
емкости С и теплоотдачи в окружающую
среду А двигателя.
Превышение температуры т для каждого мо-
мента времени ориентировочно определяется
следующим образом.
Тепло, выделяющее в двигателе за время dt,
при токе / постоянной величины частью в ко-
личестве Cdx, идет на повышение температуры
двигателя на dx; остальная его часть, равная
A-tdt, рассеивается в окружающую среду.
Поэтому уравнение теплового баланса при
количестве выделяющегося в единицу времени
тепла Q имеет вид:
Q-dt=Cdx-\-Axdt (XII, 1)
Считая величины С и А приближенно по-
стоянными, разделяем переменные т и t:
*=-g^sr- (XII>2>
Для получения времени t, в течение кото-
рого двигатель нагревается от начального зна-
чения т0 до т, уравнение (XII, 2) интегрируется:
/<и-/т£к' (хп'3)
О т0
Отсюда получаем превышение температуры!
при нагревании двигателя в течение времени t:
t
Теоретически двигателю требуется время
£=оо, чтобы нагреться до предельного значе-
ния тг^Тщах, при котором количество выделяю-
щегося в нем тепла равно количеству тепла,
рассеиваемому за то же время.
Поэтому п
тш«х = -£. (XII, 6)
Q
Входящее в выражение (XII, 5) отношение -j
называется постоянной времени нагрева Т\
Г—§-. (XII, 7)
357
С учетом (XII, 6) постоянная времени на-
грева может быть представлена в виде
7=-^р-, (XII, 8)
т. е. она представляет собой время, в течение
которого двигатель, имеющий теплоемкость С,
нагревается до превышения температуры ттах,
если все тепло Q, выделяющееся в нем в еди-
ницу времени, идет на его нагрев.
Уравнение (XII, 5) с учетом (XII, 6) и (XII, 7)
принимает вид:
*_
* = *max ~ (Tmax — ^о) в Т. (XII, 9)
Фиг. XII,!. Зависимость превышения температуры от
времени для двигателя, работавшего до перегрузки с то-
ком L
tgY=(-
ном*
На фиг. XII, 1 приведена примерная зависи-
мость превышения температуры т от времени
для случая, когда двигатель перед возникно-
вением перегрузки с током / питался номиналь-
ным током Ihom и, следовательно, имел превы-
шение температуры т0=тяож.
Касательная, проведенная к кривой нагрева
в точке, соответствующей времени £ = 0, на-
клонена к оси абсцисс под углом у> причем
dx\ Tmax xmax ном
,dtJt=o~ T ~'
Эта касательная характеризует процесс нагрева
двигателя при адиабатическом его протекании,
когда все выделяющееся тепло идет на повы-
шение температуры, рассеивание в окружаю-
щую среду отсутствует и ттах достигается за
конечное время, равное постоянной времени Т.
Определение постоянной времени нагрева.
Величина постоянной времени Г, пропорцио-
нальная теплоемкости двигателя, не является
неизменной и зависит от быстроты протекания
его нагрева. Это объясняется тем, что прогре-
вание изоляции, и в особенности стали, про-
исходит медленнее, чем прогревание материала
обмотки. Поэтому при медленном нагревании,
определяемом небольшими токами, часть тепла
358
провода обмотки успевает передаваться
изоляции и стали двигателя и его теплоем^
кость оказывается большей, чем для случая
быстрого нагрева, соответствующего большим
сверхтокам, когда практически все тепло идет
на нагревание только самой обмотки.
В результате постоянная нагрева, соответ-
ствующая небольшим токам, оказывается боль-
ше, чем для значительных сверхтоков.
Однако получающиеся колебания величины Т
невелики, в связи с чем при рассмотрении про-
цессов нагрева двигателей обычно считают по-
стоянную времени неизменной, определяя ее
для случая нагрева только обмотки.
При определении этой постоянной прене-
брегают также изменением сопротивления об-
мотки в зависимости от температуры и влия-
нием потерь в стали и вентиляции на нагрев
двигателя.
Полная теплоемкость С (W sec/°C) обмотки
выражается через удельную теплоемкость с
(W sec/kg °C), удельный вес т (g/cm3), длину /(т),
сечение S (mm2) и вес Q (kg), следующим об-
разом:
(XII, 10)
C-*.G-*{g.
Выделяемая в обмотке в виде тепла мощ-
ность Q при номинальной плотности тока $ = -~р
(А/щт2), удельном сопротивлении p(Qmm2/m) и
коэфициенте Фильда kf, учитывающем увели-
чение потерь в проводнике благодаря поверх-
ностному эффекту, выражается в Wsec урав-
нением
Q—IhomR !=:
*pW
= S2.p/5A;., (XII, 11)
а постоянная времени согласно (XII, 8), (XII, 10)
и (XII, 11) уравнением
c-vn
fyp-lCW
(XII, 12)
Для медной обмотки с=390 Wsec/kg°C,
Y=8,9g/cm3, p = 0,023 fimm2/m (при 100° С), по-
этому для нее
loOxmax H0M /vtt 10\
1 Си % 171? ' I*11» '
Для алюминиевой обмотки (в тех же еди-
ницах) с = 890, Y^2»6» Р=0,038 (при 100°С);
поэтому
Тм ^ ^2 . (XII, 14)
Тепловые характеристики двигателей. Теп-
ловой или перегрузрчной характеристикой дви-
гателя называется 'зависимость допустимого
времени его перегрузки от величины тока.
Ток перегрузки вызывает повышение тем-
пературы двигателя сверх максимальной дли-
тельно-допустимой. При этом ускоряется износ
изоляции обмоток.
Перегрев двигателя имеет место не только
при наличии сверхтока, но и после его исчез-
новения, пока двигатель остывает (фиг. XII, 2).
Поэтому и износ изоляции следует учитывать
за время нагревания и остывания.
Фиг. ХП,2. Зависимость превышения температуры т от
времени при наличии сверхтокаи после его исчезновения.
Износ изоляции определяется не только
температурой перегрева, но также и временем,
в течение которого она действует. Поэтому
кратковременные, относительно редкие повы-
шения тока сверх длительно допустимого, не
могут привести к заметному сокращению срока
службы изоляции. Отсюда вытекает допусти-
мость для двигателей кратковременных пере-
грузок, даже если они перед этим работали
с номинальной мощностью..
Определение перегрузочной характеристики
является вопросом принципиально достаточно
сложным, и для него предложено несколько
способов решения. Один из них основан на
допущении одинакового износа изоляции при
различных величинах перегрузок [Л. 1]; в ос-
нову другого положено условие, чтобы кратко-
временный перегрев обмотки х сверх макси-
мальной длительно-допустимой температуры
Ътахном не превышал определенной величины,
измеряемой коэфициентом а= -
> 1 или
"шах ном
числом градусов Дт#
В настоящее время используется обычно
второй способ.
Для определения тепловой характеристики
по второму способу может быть использовано
выражение (XII, 4), представляющее зависимость
времени перегрузки от получающегося при этом
превышении температуры т.
Деля числитель и знаменатель правой части
соотношения (XII, 4) на Л и учитывая (XII, 6),
получаем _ т„ — т0
*-Лп
(XII, 15)
Отношение превышений температуры при
установившемся режиме, пренебрегая потерями
в стали и на вентиляцию, пропорциональ
квадратам соответствующих токов, т. е.
Tinax ном
^ *ном /
Т-^=(тЧ)2=*о- (XII, 16)
ттах>ш ч 'ном /
Поэтому выражение (XII, 15) может быть
представлено в виде
i-Tb, "-*»
№->а
(XII, 17)
Если перед возникновением перегрузки дви-
гатель был нагружен номинальным током, то
*—Пп
Ш — а9
(XII, 18)
Коэфициент а в выражениях (XII, 17) и (XII, 18)
принимается постоянным или зависимым от
кратности тока k, если считают небольшие
перегрузки более частыми в условиях экспло-
атации и хотят поэтому допустить для них
меньшую величину износа [Л. 2].
Полученные соотношения для тепловой ха-
рактеристики соответствуют экспоненциаль-
ному закону нагрева двигателя, выражаемому
уравнением (XII, 9).
При адиабатическом процессе нагрева урав-
нение теплового баланса, считая удельное со-
противление проводника р независящим от тем-
пературы, имеет вид
(/2 ~/о)р-^kjt = ctlS(* - т0) Ю-3, (XII, 19)
откуда . . „ .
t— (т-" то) ст^
('2-'o)pV10b "
__ ттах номсЧ \а тши ^р)
~" Лг/Р.103В2^з_^|у
или с учетом .(XII, 12)
а при k0 я 1
*2~*о '
j rpCL — 1
(XII, 20)
(XII, 21)
(XII, 22)
Расчеты упрощаются, а результаты могут
быть достаточно приемлемыми, если принять,
что процесс нагрева происходит адиабатически.
Поэтому в настоящее время тепловые харак-
теристики преимущественно определяются по
выражениям (XII, 21) и (XII, 22),
Входящие в них коэфициенты а выбирают
в зависимости от типа изоляции двигателя,
частоты и характера его возможных перегру-
зок и некоторых других данных. Поэтому они
колеблются в довольно широких пределах, со-
359
ставляя в среднем для асинхронных двигате-
лей примерно 1,3.
Защита от перегрузок считается обязатель-
ной для двигателей, которые могут перегру-
жаться по условиям технологического процесса
приводимых ими в движение механизмов. Она
нашла для двигателей значительно более ши-
рокое применение, чем для генераторов, хотя
последние и являются в ряде случаев более
дорогими и ответственными элементами элект-
рической системы. Объясняется это тем, что
генераторы в процессе эксплоатации находятся
Зависимость тока двигателя от скольжения,
например, для случая симметричного пониже-
ния напряжения может быть выведена на осно-
вании схемы замещения двигателя в положи-
тельной последовательности (фиг. XII, 3).
Ток в роторе /ip, приведенный к обмотке
статора, определяется через э. д. с. Е и пол-
ное сопротивление рОТОрНОЙ обмОТКИ Z)Ps =
— Zip-f-#id, также приведенное к цепи ста-
тора:
/ip=-~, (XII, 23)
Фиг. XII, 3. Схема замещения асинхронного
двигателя в положительной последователь-
ности.
под более тщательным и постоян- ",
ным наблюдением обслуживаю-
щего персонала, чем двигатели. фиг- ХП.4.
Защита от перегрузок дей- ,
ствует на отключение или для -
особо ответственных двигателей, имеющих,
постоянный дежурный персонал, на сигнал.
Для защит, действующих на отключение,
идеальной характеристикой реле являлась бы
ч-акат кривая £=/(/), ординаты которой при
любых значениях токов / были бы на опреде-
ленный процент меньше соответствующих ор-
динат тепловой характеристики двигателя.
Времена срабатывания этой защиты, если
она устанавливается вблизи двигателя, должны,
как и допустимые времена перегрузки послед-
него, зависеть от режима, предшествовавшего
моменту возникновения перегрузки и темпера-
туры охлаждающего воздуха. Последние поло-
жения важны главным образом для защит дви-
гателей, которые в процессе эксплоатации мо-
гут подвергаться относительно частым кратко-
временным перегрузкам.
3. СВЕРХТОКИ В АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ,
ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПОНИЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
При понижении напряжения в питающей
двигатель системе, например, вследствие воз-
никновения в ней короткого замыкания, начи-
нает понижаться число оборотов двигателя,
т. е. увеличивается его скольжение s.
360
Зависимость токов статора и ротора от скольжения
(/ — ток статора; 2 — ток ротора).
э. д. с. выражается через напряжение иг на
зажимах статора, импеданс Z\H шунта намагни-
чивания и Z\ps:
Е= 0г -Е (~±- + ±-\zic. (XII, 24)
\ ^)ps lHJ
Принимая 1 +— = С, получаем
Z\H
Z
Е = иг —г
1 С2Л
'lps
(XII, 25)
lps + Zu
На основании (XII, 23) и (XII, 25) ток ротора
>;,=
]/(я1с+с^-)\^с+сх;ру
,.(ХН,26)
Ток /1е статора двигателя складывается из
тока ротора l\p и тока намагничивания /«:
• • f *
A<r — hp + Ift*
На фиг. XII, 4 даны получающиеся примерные
зависимости токов в роторе и статоре от
скольжения s.
Ток намагничивания, определяющий ' разницу
в величинах 11с и l[Pi имеет относительно боль-
шую величину только при скольжениях, значи-
тельно не превышающих нормального. При
больших скольжениях можно считать токи ста-
тора и ротора практически одинаковыми.
Ток двигателя резко изменяется при не-
больших скольжениях. При больших скольже-
ниях величина тока изменяется незначительно
и он становится в основном реактивным.
Наибольшего значения ток двигателя дости-
гает при скольжении s=l, например, при нор-
мальном пуске короткозамкнутого двигателя
под полным напряжением или при пуске дви-
гателя с фазным ротором по ненормальной
схеме, без пускорегулирующего устройства,
когда этот ток составляет виличину
In = {4-8)IHOM.
Однако уже при скольжении s, равном кри-
тическому sK9 соответствующему максимальному
развиваемому двигателем моменту, ток дости-
гает величины, равной примерно (0,6—0,7)/л.
В общем случае следует различать условия
работы двигателя, получающиеся в результате
симметричного и несимметричного понижения
напряжения на его зажимах.
Симметричное понижение напряжения на
зажимах двигателя. Поведение двигателя за-
висит от получающихсй соотношений между
его вращающим моментом М и статическим
моментом сопротивления Мс> определяемым
приводимым им в движение механизмом.
Вращающий момент двигателя равен мощности маг-
нитного поля или активной мощности, отдаваемой стато-
ром ротору Рф деленной на угловую скорость со =
(XII, 27)
Мощность Рф складывается из механической мощно-
сти Рмех, равной полезной мощности на валу плюс меха-
нические потери, и потерь в меди ротора Рм:
Рф = РМех + Рм = tflpR'lp (^Г~) + M?pR\p • (XII, 28)
Подставляя это выражение в (XII, 27) и учитывая
величину тока ротора по (XIJ,26), получаем (в джоулях)
Л/ = -
SU2{R
ip
Р
X
х-
{(л|г + С^ + (^ + С^)»]
(XII, 29)
Максимальное значение Мтлх вращающий момент
имеет при критическом скольжении, которое определяется,
если приравнять нулю производную выражения (XII, 29?
и считать условно величины Rlp и Х1р независящими ov
скольжения:
CR,
s = sK = -
^р
Yr\c + {xic + cx\pY
чР
Х\с + Х1р
(последнее при С = 1 и R\c <d Xlc).
На основании (XII, 29) и (XII, 30)
XII, 30;
■«Wraax
щ
~-c[r1c + V R2c + (xtc+cx'lpf]
* т=7 l—;— • <хп' 31>
4jf(Ric + Xic+x]p)
Для двигателя обычно бывает известно от-
м
ношение Ъ = "" =s= 1,8 -*- 2. Отношение вра-
МНОм
щающего момента при данном напряжении ut
к моменту при Ux = UH0M согласно (XII, 29) равно
kv=*( д ) . Учитывая эти соотношения, вы-
\ Uном /
ражения (XII, 29) и (XII, 31), а также считая
С=х 1, а ряд других малых членов равными нулю^
можно получить следующее приближенное вы-
ражение для относительной величины вращаю-
щего момента [Л. 3]:
М - 2kl'b (XII, 32)
тл
ми
S
с
В действительности величины сопротивлений RXp и
Х[р меняются в зависимости от скольжения вследствие
наличия поверхностного эффекта. Поэтому критическое
скольжение sK, определяемое и входящее в приведенные
выше формулы, является фиктивным, зависящим от ве-
личины скольжения 5 и часто в отличие от действитель-
ного sK обозначается через s/. Таким образом в приво-
димых соотношениях каждому значению 5 соответствует
свое sK , определяемое * по (XII, 30). Оно введено для б >
лее удобного выражения некоторых зависимостей у асин-
хронных двигателей. Действительное критическое сколь-
жение sK могло быть примерно определено по (XII, НО),
если в него подставить значения Rlp и Х\р, соответа-
вующие вычисляемому sk.
Приводимые двигателями в движение меха-
низмы могут быть разделены на две основные
группы:
1) двигатели с постоянным статическим про-
тиводействующим моментом Мс\
2) двигатели с так называемой вентилятор-
ной характеристикой статического противодей-
ствующего момента Мс9 выражаемого через
номинальный момент Мсном, пусковой момент
Мсп и число оборотов п следующим образом:
мс=мея
+ (Мс
\ пном /
(XII, 33>
361
В собственных нуждах элек-
трических станций к первой
труппе относятся, например,
эдельницы и транспортеры, а ко
второй — вентиляторы, дымосо-
сы, эксгаустеры, циркуляционные
насосы.
На фиг. XII, 5 приведены за-
висимости вращающих моментов
(кривые 1, 2, 3 и 4) при раз-
личных напряжениях Ut и по-
стоянного противодействующего
момента (прямая 5) в функции
от скольжения s.
Нормально (кривая /) двига-
тель работает со скольжением
sH0M- При небольшом понижении
напряжения вращающий момент
(кривая 2) становится несколько
меньше противодействующего.
Скольжение при этом возра- JL.%i
стает до величины s', при кото- Мтахюо
ром Мх и Мс вновьз становятся
одинаковыми, и двигатель про-
должает устойчиво работать.
При большом понижении напря-
жения (кривая 3) Мх оказывается
меньше Мс при любых значе-
ниях скольжения. Поэтому при
достаточной длительности пони-
жения напряжения число оборо-
тов двигателя может в этом
случае уменьшаться вплоть до
его полной остановки.
Предельное минимальное на-
пряжение f/imiri, При КОТОРОМ
двигатель остается еще в работе
(кривая 4) со скольжением s = s'K
соответствует т\тгХ'=тс'=^\. Его
величина на основании (XII, 32)
//, . — U ном
и I mm >~р~ •
уь
м
Так, например, при Ъ—-—^^ 2, Ulmin %
л ~ w r тном
^ OJUhom.
Точка неустойчивой работы двигателя ха-
рактеризуется так называемым предельным
скольжением snp (фиг. XII, 5). При скольжениях,
больших snpy он работать не может, так как тг
становится меньше тс. С уменьшением напря-
жения иг величина предельного скольжения
уменьшается.
Если напряжение меньше U% mm продержится
в течение времени, достаточного для достиже-
ния двигателем предельного скольжения snp>
соответствующего тому напряжению, которое
будет существовать при восстановлении напря-
жения (на фиг. XII, 5 восстанавливающееся на-
пряжение равно номинальному), то двигатель
362
wait
Фиг. ХИ,5. Зависимость вращающих моментов при различных значениях
напряжения и постоянного противодействующего момента от скольжения.
S%№
Фиг. ХН,б. Зависимость вращающих моментов при различных значениях
напряжения и противодействующего момента вентиляторного типа от
скольжения.
(XII, 34)
не сможет развернуться и остановиться.
Несколько отличные соотношения получа-
ются при механизмах с вентиляторной харак-
теристикой противодействующего момента.
На фи^, XII, 6 приведены подобные данным
фиг. XII, 5 зависимости вращающих моментов
при различных напряжениях Ut и противодей-
ствующего момента вентиляторного типа (игри-
вая 5) в функции от скольжения. В случае
сильного понижения напряжения вращающий
момент может также оказаться меньше мо-
мента сопротивления при всех скольжениях.
При соответствующей длительности понижения
напряжения двигатель в этом случае затормо-
зится. Однако при восстановлении напряжения
до достаточной величины (соответствующей,
например, кривой 2, дающей предельное сколь-
жение snp) вращающий момент даже для дви-
гателей с фазным ротором и выведенным пус-
ковым сопротивлением оказывается больше
момента сопротивления. Поэтому двигатели
разворачиваются обычно до нормального сколь-
жения.
Несимметричное понижение напряжения
на зажимах двигателя. В рассматриваемом
случае статорная обмотка двигателя питается
несимметричными токами, имеющими слагающие
положительной и отрицательной последова-
тельности.
Поведение двигателя может быть опреде-
лено, рассматривая действие каждой из сим-
зд
?2Р
Л/с Xic
о—ТШШ—'TRRP-
*—; **- 7-4
Rzp Хгр
fasrfofesfl)*
Фиг. ХИ,7. Схема замещения двигателя в отрицательной
последовательности.
метричных систем в отдельности и затем скла-
дывая их в одно результирующее.
В воздушном зазоре будут существовать
два магнитных поля положительной и отрица-
тельной последовательности, вращающиеся в
противоположные стороны. Взаимодействуя с
наведенными ими в роторной обмотке токами,
они создают противоположно действующие мо-
менты положительной последовательности Mt
и отрицательной УИ2.
Момент Мх действует в направлении вра-
щения ротора и является рабочим, вращающим.
Момент Мъ направлен в сторону, противопо-
ложную вращению ротора, и является поэтому
тормозным.
Соотношения, характеризующие действие системы от-
рицательной последовательности, получаются из рассмот-
рения схемы замещения двигателя для этой последова-
тельности (фиг. XII, 7).
При вращении ротора с синхронной скоростью сколь-
жение положительной последовательности st = 0, а от-
рицательной s2 = 2. При ЯхфО скольжение 52 = 2 — 5j.
Минимальная величина 5? = 1 соответствует полностью
заторможенному двигателю. Таким образом скольжение
отрицательной последовательности в действительных ус-
ловиях может изменяться в пределах от 1 до 2. Вследст-
вие незначительного при этом сопротивления роторной
цепи по сравнению с сопротивлением шунта намагничи-
вания последний обычно не поинимается во внимание и
на схеме замещения не показан.
Основные соотношения в системе отрицательной по-
следовательности выводятся, как и для положительной
последовательности, и._имеют одинаковую с последними
структуру.
Так, например, фиктивное критическое скольжение s2fC
отрицательной последовательности по аналогии с (XII, 30)
r:
s2k~
?Р
%lc + %2р
(ХИ.35)
Вращающий момент отрицательной последовательно-
сти по аналогии с (XII, 32)
Мо
2М<
2 max
2 —Si
(XII, 36)
32лг
а2кг
2 — 5!
Результирующий вращающий момент двига-
теля при несимметричном напряжении на его
зажимах
М=М1 — М.. (XII, 37)
Практически наиболее тяжелым случаем не-
симметричного понижения напряжения с точки
зрения работы двигателя является металличе-
ское замыкание между двумя фазами у его
зажимов. В этом случае напряжения положи-
тельной и отрицательной последовательностей
равны друг другу: ^ = ^2 = 0,5(7^. Вращающий
момент при остаточном напряжении на непо-
врежденной фазе иф=С/фНОм (для начального
момента короткого замыкания или при отсут-
ствии затухания) Мг = к2ц-МНОм=0у25МНОм. При
наличии затухания он будет еще меньше.
Пусковой момент, т. е. момент при st — ], равен
в этом случае 0. При 5а=^=0 результирующий
вращающий момент будет также мал. Поэтому
двигатель при металлическом замыкании между
двумя фазами ведет себя примерно так же,
как и при металлическом трехфазном коротком
замыкании.
Зависимость моментов Мъ М2 и М от сколь-
жения для рассмотренного частного случая пред-
ставлена на фиг. XII, 8.
Величины сверхтоков. Небольшие пониже-
ния напряжения на зажимах двигателей обуслов-
ливают появление в них сверхтоков также
относительно небольшой величины (фиг. XII, 9),
опасных, как и рассмотренные выше перегруз-
ки, только по своему термическому воздейст-
вию на изоляцию обмоток.
Результатом сильного понижения напряже-
ния, возникающего, например, при коротком за-
мыкании в питающей двигатель системе, может
быть появление:
1) быстро затухающих токов, посылаемых
двигателем к месту повреждения и имеющих
максимальную величину порядка пусковых то-
ков;
2) пусковых токовг в двигателе при восста-
новлении напряжения в системе после отклю-
чения короткого замыкания; максимальное зна-
чение этих токов, равное нормальному пуско-
вому, может иметь место, когда восстанавли-
363
вающееся напряжение равно номинальному UH0M.
В этом случае пусковой ток без учета быстро
затухающей свободной слагающей составляет,
как указывалось ранее, 4 — 8 1Н0М.
Двигатели рассчитываются таким образом,
что надежно выдерживают динамическое дей-
ствие быстро затухающих токов, возникающих
при внешних коротких замыканиях.
Сверхтоки, появляющиеся при восстановле-
нии напряжения, могут представлять для дви-
гателей опасность в двух отношениях: терми-
ческом и динамическом.
При восстановлении напряжения ток в 0,7 1п
может появиться только при Ux = 0,7 UH(m
в полностью заторможенных двигателях (s = 1).
Принимая во внимание малую вероятность пол-
ной остановки двигателей к моменту восста-
новления напряжения, следует практически
считать величину этого напряжения несколька
большей. Часто [Л.4] ее принимают равной
0,75 Uhom.
Таким образом двигатель должен надежно
выдерживать динамическое воздействие токов,
L
/о
W
JL
CJS.
sJI
У/«*-
2
-Л «Г
\2fl
\
*
*А
1
*—«
^
*
А
*1
V
,-
-мг
-.
_
~-»
т
\-м
J,
(Umm)
,м,
мг
Of
и
/
г
J
/
п
-M=Mj-M2
—
\
\
1
1
А
J0
1
J
f -
№ ч
\1
шном
150
100
50с
i
Ш"^
0%
30%
40%
■50%
.во%
-
\1 0.8 0,9 10 1
\
1н о/
1 /0
лмсш
eat/
/50%
^30%
»
1 12 1,3 1.4
)
Фиг. ХП,8. Зависимости моментов положительной, отрицатель-
ной последовательности и результирующего от скольжения для
случая металлического замыкания между двумя фазами
с Ux = Ut = O,SU0.
Фиг. ХИ,9. Зависимость тока статора от напряг
жения для двигателей с различными величинам?:
намагничивающих токов.
Динамические воздействия могут быть опас-
ными только для двигателей, которые не пред-
назначены для пуска без специальных пуско-
вых устройств (например, для двигателей с фаз-
ным ротором.
Хотя максимальные величины сверхтокоз
при восстановлении напряжения имеют тот же
порядок, что и не опасные для двигателя толч-
ки тока при внешних коротких замыканиях, тем
не менее их динамическое действие на обмот-
ки представляет некоторую опасность в связи
с тем, что их длительность может во много
раз превышать длительность быстро затухаю-
щих токов короткого замыкания.
Однако для обеспечения устойчивой рабо-
ты все двигатели выполняются таким образом,
что развивают при критическом скольжении
jWmax ^(1,8 — 2) МНом. Двигатели должны на-
дежно выдерживать динамические усилия от
токов, соответствующих Мтах. Эти токи, как
было указано выше, значительно превосходят
1ном и равны примерно (0,6-*-0,7) /я. й Таким
образом каждый двигатель должен в динами-
ческом отношении выдерживать токи в (0,65 -*-
+-0,7) 1п.
364
определяемых восстанавливающимся напряже-
нием =^0,75 Uном.
Следует отметить, что в последнее время
часто считают возможным, в особенности для
ответственных двигателей, не учитывать вели-
чин восстанавливающихся напряжений, т. е.
в некоторых эксплоатационных случаях допус-
кают динамическое воздействие на двигатель
токов, несколько превышающих токи, соответ-
ствующие максимальному вращающему мо-
менту. При этом соответственно ускоряется
износ двигателей.
На основании изложенного можно сделать
следующие общие выводы по защите двигате-
лей от сверхтоков, являющихся следствием
понижения напряжения в системе:
1. Защита должна устанавливаться на дви-
гателях с фазным ротором, работающих на
механизмы с постоянным противодействующим
моментом. Ее основным назначением является
защита обмоток от недопустимого перегрева,
который может появиться в том случае, если
двигатель при коротком замыкании успеет на-
столько затормозиться, что при восстановле-
нии напряжения не сможет развернуться до
нормального скольжения. Эта защита может
быть общей с рассмотренной ранее защитой
от перегрузок и будет тогда реагировать на
появляющиеся сверхтоки. Она может быть вы-
полнена и таким образом, что при остаточных
напряжениях, меньших определяемого уравне-
нием (XII,34),.будет отключать двигатель мгно-
венно или с выдержкой времени, меньшей того
промежутка времени,* который требуется для
достижения предельного скольжения; при боль-
ших скольжениях становится уже невозмож-
ным его разворот при восстановлении напря-
жения (рассматриваемая ниже защита мини-
мального напряжения). В таком выполнении
защита может быть также использована
в качестве защиты двигателей разных типов
от динамических воздействий больших
токов.
2. Защита может устанавливаться также на
двигателях любого типа для защиты их от
перегрева при недопустимо затягивающихся
восстановлениях напряжения в системе или в
качестве профилактического мероприятия для
отключения менее ответственных двигателей и
облегчения условий разворота более ответст-
венных.
3. Защиту приходится также устанавливать
в тех случаях, когда недопустим самозапуск
двигателей по условиям технологического про-
цесса производства или техники безопасности
(защита минимального напряжения).
4. ВЫПАДЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ИЗ СИНХРОНИЗМА
Большая часть современных синхронных дви-
гателей с числом оборотов, не превосходящим
1 000 в минуту, имеют роторы с выступающими
полюсами, на которых размещаются катушки
обмотки возбуждения.
Эти двигатели снабжаются искусственными
демпферными системами, состоящими обычно
из медных стержней, заложенных в полюсные
наконечники ротора. Стержни отдельных полю-
сов соединяются между собой боковыми коль-
цами и создают систему, подобную „беличьей
клетке" короткозамкнутого ротора асинхронно-
го двигателя, *
Наличие специальной демпферной системы
придает современным синхронным двигателям
некоторые свойства асинхронных и этим дает
возможность осуществлять пуск их в работу в
асинхронном режиме, без специальных разгон-
ных устройств.
Установившийся синхронный режим рабо-
ты двигателя характеризуется следующей за-
висимостью между его активной мощностью
Ре — Ш cos <р,э.д. с. за синхронным реактансом
ЕйУ напряжением на зажимах обмотки статора
U, синхронным реактансом в продольной осиЛ^
и поперечной оси Xq и углом сдвига 8 между
э. д. с. Е& и напряжением U (фиг. XII, 10):
Еа*и
Ха Хп
рс = Ц± sin 5 + ^2 Vvyg sin 2 5- (ХИ,38)
Это 'выражение не учитывает потери мощ-
ности в самом двигателе.
Второй член приведенной формулы, прису-
щий машинам с выступающими полюсами, пред-
ставляет собой так называемую реакционную
мощность. Она определяется различной магнит-
Данные двигателя
Zd=1 Xq*0J5
U и Erf- const
_1_ 2XdXQ
J *«• """\ *** «*4»
•1 1 ^"
15 30 45 60 75 90^4j05 WO 8
Фиг. ХП,10. Зависимость активной мощности синхронного
двигателя с выступающими полюсами от угла сдвига $
ной проводимостью по продольной и поперечной
осям ротора и неравенством в связи с этим со-
противлений Xd и Xq.
Реакционнаямощность обусловливает на валу
дви гателя дополнительный реактивный вращаю-
щий момент, не зависящий от э. д. с. Ed, a
следовательно, и от тока возбуждения, и опре-
деляемый исключительно напряжением на зажи-
мах U и углом сдвига 8.
Наибольшая активная мощность двигателя
Р,тах в синхронном режиме при номинальдам
напряжении и номинальном токе возбуждения
обычно характеризуется величиной, равной от-
ношению ее к номинальной активной мощности
Рном или отношению соответствующих вращаю-
щих моментов:
р м
мн
(XII, 39)
С другой стороны активная мощность двига-
теля определяется статическим противодейст-
вующим моментом Мс приводимого им в движе-
ние механизма.
Устойчивая синхронная работа двигателя
может иметь место только в том случае,
если нагрузка механизма меньше мощности
fVmax. При постоянной величине противодей-
ствующего момента изменение величин U и
365
Ed, пропорциональной току возбуждения, со-
провождается изменением угла 8 между ними.
Двигатель работает в синхронном режиме до
тех пор, пока снижение произведения Ed-U
может быть скомпенсирована возрастанием угла
между ними. При дальнейшем уменьшении Ed- U
возникают качания и появляется возможность
выпадения двигателя из синхронизма.
Таким образом выпадение двигателя из син-
хронизма определяется:
1) понижением тока возбуждения;
2) уменьшением напряжения на зажимах
статорной обмотки двигателя;
3) значительным увеличением активной на-
грузки.
Уменьшение или полное исчезновение тока
возбуждения может быть вызвано повреждени-
ями или неисправностями цепи возбуждения
(разрыв цепи обмотки возбуждения,' круговой
огонь на коллекторе, обрыв шунтовой обмотки
в реостате и т. д.) или неправильным регули-
рованием возбуждения (например, при стремле-
нии эксплоатационного персонала разгрузить
возбудитель из-за неудовлетворительного со-
стояния щеток или коллектора).
У двигателей с выступающими полюсами,
даже при полном исчезновении тока возбужде-
ния остается синхронный реактивный момент,
определяемый согласно (XI 1,38) величиной
U* -gx ^-i sin 28 реакционной мощности. Одна-
ко величина этого момента относительно неве-
лика и^поэтому, если двигатель работал со зна-
чительной нагрузкой, она не будет достаточна
для удержания его в синхронизме.
Снижение напряжения на зажимах статора
бывает постепенным или внезапным.
Постепенное снижение напряжения может
происходить,- например, после отключения ко-
роткого замыкания в недостаточно статически
устойчивой электрической системе.
В первом приближении в условиях снижения
напряжения реакционной слагающей мощности
двигателя с выступающими полюсами можно
пренебречь и считать, что его активная мощ-
ность, как и для машин с цилиндрическими
роторами, выражается соотношением
номинальной активной мощностью, следующим
Ed-U ,
х*
sin о.
(XII, 40)
При симметричном понижении напряжения
на зажимах двигателя, работающего с постоян-
ной нагрузкой на валу и неизменным током
возбуждения, уголь 5 увеличивается в пределе
до 90°. Дальнейшее уменьшение напряжения
приводит к выходу его из синхронизма.
Предельная минимальная величина U пРео на-
пряжения, при которой двигатель еще остает-
ся в синхронизме, определяется с учетом (XII, 39)
и (XII, 40), например, для случая его загрузки
образом:
Отсюда
Ed.UHl
*d
*НОМ —
Ed'Unped
*d
U пред — "
gmax
Рном
(XII, 41)
Внезапное лонижение напряжения на зажи-
мах двигателя, опасное с точки зрения удер-
жания его в синхронизме, возникает в большин-
стве случаев в результате коротких замыканий
в системе, к которой он присоединен.
При соответствующем снижении напряжения
двигатель подобно генератору начинает посы-
лать к месту повреждения ток по величине
тем больший, чем сильнее снизилось напряже-
ние.
Наибольший ток возникает при металличе-
ских коротких замыканиях у зажимов двигателя.
Разница между поведением двигателя и гене-
ратора, например, при трехфазном коротком за-
мыкании в какой-либо точке заключается в том,
что двигатель тормозится и, если возбудитель
расположен на его валу, затухание тока воз-
буждения происходит быстрее, чем у генера-
тора. Практически еще до остановки двигателя
этот ток делается равным нулю.
Процесс поведения двигателя при внезапном
понижении напряжения достаточно сложен и
может быть рассмотрен с использованием мето-
дов, которые применяются для расчетов дина-
мической устойчивости синхронных генерато-
ров [Л. 5]. В частности при этом возможно
определить предельное время, через которое
двигатель выпадает из синхронизма приданной
величине остаточного напряжения.
В качестве примера на фиг. XII, 11 приведена
кривая предельного времени tnpedy через кото-
рое двигатель с определенными параметрами
(Xrf=100%, X —75%, Xf=0,Z3Xd9 coscp =
=0,9 [опережающий], P^/>=0,8, постоянная
времени обмотки возбуждения при разомкнутой
цепи статора Г*=2 сек.) при симметричном
понижении напряжения выпадает из синхрониз-
ма. Кривая построена для случая работы двига-
теля на шины бесконечной мощности при по-
стоянных величинах остаточных напряжений. Из
нее в частности следует, что предельное оста-
точное напряжение, при котором двигатель вооб-
ще не выпадает из синхронизма, £/„p^^:0,5i/«^;
при больших снижениях напряжения время
выпадения двигателя весьма невелико и мало
зависит от величин остаточных напряжений.
Выше рассматривались соотношения при
симметричных понижениях напряжения на зажи-
мах статорной обмотки синхронного двигателя.
Напряжения отрицательной последовательно-
сти, появляющиеся при несимметричных на-
366
пряжениях, создают дополнительный тормозной
момент М2. Поэтому результирующий вращаю-
щий момент М в этом случае определяется
разностью М—Мг—Мъ вращающего момента
Ми обусловленного напряжением положитель-
ной последовательности, и М2, обусловленного
напряжением отрицательной последовательно-
сти.
Напряжение отрицательной последователь-
ности оказывает на вращающий момент синхрон-
3 }
I \
1 1
! j
Г i |
* : i
Г"
,
j
L
Ti
я i
1
|
1 ' V
J
0 0,1 0,3^ 0,5 0,7
Инол*
Фиг. XII.11. Пример зависимости предельного времени,
через которое синхронный двигатель выпадает из син-
хронизма, от величины остаточного напряжения.
ных двигателей не большее влияние, чем у
асинхронных. В связи с этим для синхронных
двигателей, как и для асинхронных, с рассмат-
риваемой точки зрения наиболее тяжелыми'яв-
ляются трехфазные короткие замыкания.
Более тяжелыми для двигателей несиммет-
ричные короткие замыкания могут быть с точки
зрения перегрева демпферной и роторной об-
моток, так как переменный ток возникает в
них уже с момента возникновения внешнего
повреждения, а не с момента перехода двига-
теля в асинхронный режим.
Поведение вышедшего из синхронизма дви-
гателя определяется соотношением между
вращающим моментом двигателя и противодей-
ствующим моментом приводимого в движение
механизма.
В зависимости от величины остаточного
напряжения, квадрату которого пропорционален
средний вращающий момент двигателя в асин-
хронном режиме, двигатель может полностью
затормозиться или остаться в работе с по-
ниженным против синхронного числом обо-
ротов.
Однако такой режим работы является для:
двигателя недопустимым по следующим причи-
нам:
1. Демпферная система, не рассчитанная на
длительную работу под током, в некоторых
конструкциях двигателей может быстро пере-
греваться.
2. Зависимость вращающего момента от
скольжения получается менее благоприятной 7
чем в условиях нормального асинхронного пускаг
Фиг. ХПД2. Пример зависимости средних и мгновенных
значений вращающих моментов на валу синхронного дви-
гателя с выступающими полюсами от скольжения в ре-
жиме нормального асинхронного пуска.
/ — средний момент на валу за один период скольжения; 2— наиболь-
ший момент на валу; 3 — наименьший момент на валу.
благодаря тому, что обмотка возбуждения»
оказывается незамкнутой на разрядное сопро-
тивление, а присоединенной к источнику по-
стоянного тока — возбудителю.
Уже при нормальном асинхронном пуске
мгновенные значения вращающих моментов
отличаются от средних за один период скольже-
ния (фиг. XII, 12) за счет неравномерного рас-
пределения обмоток на роторе (только на
выступающих полюсах) и неодинаковых маг-
нитных проводимостей в продольной и попе-
речной осях.
При асинхронном режиме работы увеличива-
ется разница между максимальными и . мини-
мальными мгновенными значениями моментов
на валу, появляются значительные моменты
отрицательного знака (фиг. XII,13).
В результате вся механическая система
агрегата двигатель-механизм ставится в тяже-
лые условия работы.
3. Обдоотки двигателя подвергаются терми-
ческому и динамическому воздействию повы-
шенных токов.
Кроме того при асинхронном ходе, обуслов-
ленном разрывом цепи возбуждения, на концах
обмотки ротора появляются повышенные на
пряжения, наводимые в ней за счет скольжения
ротора относительно вращающегося магнитного
поля статора.
Поэтому на синхронных двигателях должна
устанавливаться защита от асинхронного хода.
Эта защита может действовать на отклю-
чение двигателя или, в тех случаях, когда он
выпал из синхронизма вследствие понижения
напряжения и имеет асинхронный пуск, —на пе-
ревод его цепи возбуждения в пусковое по-
367
ложение или на отключение и обратное автома-
тическое повторное включение.
В пусковом положении обмотка возбужде-
ния отсоединена от источника питания и замк-
нута на разрядное активное сопротивление,
величина которого выбирается примерно в
8-;-10 раз больше ее собственного сопротивле-
ния.
Перевод цепи Г возбуждения в пусковое
положение создает более благоприятное усло-
вие для обратного втягивания двигателя в
синхронизм, так как его пусковая асинхронная
' W 0?8 0,6 0,4 0,2 OS
Фиг. ХИ,13. Пример зависимости средних и мгновенных
значений моментов на валу синхронного двигателя с вы-
ступающими полюсами от скольжения при выпадении его
из'синхронизма (двигатель тот же, что и для фиг. XII, 12).
7 — средний момент на валу за один период скольжения; 2— наиболь-
ший момент на валу; 3 — наименьший момент на валу; 4 — средний
момент на валу при нормальном пуске.
характеристика имеет для этого более подхо-
дящие параметры, чем асинхронная характе-
ристика с обмоткой возбуждения, присоединен-
ной к источнику постоянного тока.
Может,- однако, оказаться, что и после
перевода двигателя на пусковую асинхронную
характеристику его синхронизация невозможна.
Это бывает в тех случаях, когда восстанавли-
вающееся напряжение оказывается недостаточ-
но высоким или двигатели нормально пуска-
ются в работу с пониженным значением про-
тиводействующего момента. Тогда следует
рассмотреть целесообразность временного на
период обратной синхронизации уменьшения
величины противодействующего момента до
такого значения, при котором синхронизация
должна быть успешной.
При невозможности синхронизации двига-
тель должен автоматически отключаться.
Процесс обратного втягивания двигателя в
синхронизм заключается в том, что после до-
стижения им числа оборотов, обеспечивающего
достаточно малую величину скольжения, об-
мотка возбуждения переключается с разрядного
сопротивления на источник постоянного тока.
На вал двигателя наряду с асинхронным вра-
щающим моментом начинает действовать мо-
мент синхронный. Если переключение оказа-
лось произведенным в удачный момент време-
ни, синхронный момент оказывается также
вращающим в течение времени, достаточного
для достижения двигателем синхронного числа
оборотов. Практически применяемые устройст-
ва для синхронизации двигателей с асинхронным
запуском не имеют приспособлений для выбора
момента времени подачи напряжения в цепь
возбуждения. Поэтому синхронный момент мо-
жет оказаться вначале даже тормозным и перед
втягиванием в синхронизм произойдут качания
двигателя относительно остальной части элект-
рической системы.
Допустимое время асинхронной работы
двигателя часто невелико и ограничивается
для некоторых конструкций нагревом демп-
ферной системы.
5. ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ МНОГОФАЗНЫХ
ЗАМЫКАНИЙ
В качестве защиты двигателей от много-
фазных замыканий могут быть применены:
1) плавкие предохранители;
2) максимальная токовая защита;
3) диференциальная токовая защита.
Плавкие предохранители, как уже указыва-
лось выше, имеют весьма широкое применение
для защиты двигателей напряжением 500 V и
ниже.
Диференциальная токовая защита применя-
ется только для двигателей большой мощности
или также меньшей мощности, но тихоходных,
имеющих большой вращающий момент. Выпол-
няется она, как и для защиты генераторов.
Поэтому ниже рассматривается осуществле-
ние максимальной токовой защиты, имеющей
применительно к случаю установки ее на дви-
гателях некоторые особенности.
Место установки трансформаторов тока и
схема выполнения. Для обеспечения действия
защиты при повреждениях как в самом дви-
гателе, так и в кабеле или на шинах, соединя-
ющих его с выключателем, трансформаторы
тока защиты должны устанавливаться между
двигателем и выключателем, по возможности
ближе к последнему.
Для уменьшения количества оборудования,
необходимого для осуществления защиты, при-
меняются обычно упрощенные схемы, например,
схема с включением одного реле на разность
токов двух фаз.
Основное требование, предъявляемое к за-
щите, это — быстрота ее действия. Поэтому
она, как правило, выполняется мгновеннодей-
ствующей. Защита осуществляется посредством
вторичных токовых реле прямого действия (на-
пример, типа КАМ завода „Электроаппарат*, со
снятым устройством для создания выдержки
времени) (см. гл. II, § 10), вторичных мгновен-
ных реле косвенного действия (например, типа
ЭТ-60 ХЭМЗ) или мгновеннодействующих эле-
ментов отсечек в токовых реле с ограниченно-
зависимыми характеристиками (например, типа
ИТ-82 ХЭМЗ). Соответствующие принципиаль-
ные схемы защит приведены на фиг. XII, 14, XII, 15
и XII, 16. Зависимая часть характеристики реле
по фиг. XII, 16 в основном используется, как
это рассматривается в § 8 гл. XII, для защиты
двигателей от сверхтоков.
В первую очередь следует выяснить целесо-
образность применения более простых и доста-
точно надежных схем с реле прямого действия
и схем на оперативном переменном токе.
Схемы на оперативном постоянном токе
(например, фиг. XII, 15) применяются в тех
случаях, когда данная установка должна иметь
аккумуляторную батарею независимо от осу-
ществления рассматриваемых защит.
Ток трогания защит асинхронных'двига-
телей. Ток трогания защиты должен быть
больше:
1) тока, посылаемого двигателем при корот-
ком замыкании в питающей его системе, и
2) периодической составляющей /п пусково-
го тока при полном напряжении на зажимах
двигателя, скольжении s =1 и выведенном сопро-
тивлении в цепи ротора (для двигателей с
фазным ротором). Такие пусковые токи в дви-
гателе с фазным ротором, не отключенном
быстро при понижениях напряжения, могут
иметь место при восстановлении напряжения
после ликвидации внешних коротких замыканий.
Затухание постоянной составляющей пуско-
вого тока происходит (фиг. XII, 17) в течение
очень небольшого бремени, не превосходящего
двух периодов. Ее величина обычно не превы-
шает 0,7/я. Однако для рассматриваемых
защит, не имеющих дополнительной выдержки
времени, наличие этой составляющей прихо-
дится учитывать при выборе коэфициента на-
дежности.
Учитывая для схем фиг. XII, 14—-XII, 16 вклю-
чение реле на разность токов двух фаз, при
котором ток ip в случае симметричного первич-
ного тока в К 3 раз больше тока в фазе, полу-
чаем
*ц.т^У 3kH^. (хи,42)
Коэфициент надежности /гн выбирается при-
мерно равным: для типа ЭТ-60—1,4-:-1,6,
для отсечки в реле ИТ-82 — 1,8~ь2; повышенные
значения kH при реле ИТ-82 объясняются тем,
что отсечка в нем имеет большую инерционную
ошибку и плохой коэфициент возврата, в связи с
чем защита более подвержена действию кратко-
временных импульсов тока.
При отключении двигателя и быстром его повторном
включении наводимая в его статорной обмотке э. д. с.
может не успеть затухнуть. В неблагоприятном случае,
Фиг. X 11,14. Схема защиты от много-
фазных замыканий посредством
одного максимального токового реле
прямого действия, включенного на
разность токов двух фаз.
Фиг. ХИД5. Схема защиты от мно-
гофазных замыканий посредством
одного мгновенного максимального
токового реле, включенного на раз-
ность токов двух фаз.
Фиг. ХН,1б. ^хема защиты от мно-
гофазных замыканий посредством
отсечки, встроенной в максимальное
токовое реле, с ограниченно-зависи-
мой характеристикой, включенное
на разность токов двух фаз.
24 Релейная защита
369
складываясь с напряжением сети, она может обусловить
пусковые токи, значительно превосходящие те, которые
соответствуют нормальному пуску.
На основании экспериментальных данных время суще-
ствования тока в двигателе при трехфазном коротком
замыкании на его зажимах составляет обычно 0,05—0,2 сек.
Таким образом при существующих выключателях и устрой-
ствах АПВ повышенные пусковые токи для асинхронных
двигателей практически мало вероятны.
Фиг. ХП,17. Зависимость пускового тока от времени для
асинхронного двигателя.
Ток трогания защит синхронных двигате-
лей. Ток трогания, как и для асинхронных дви-
гателей, должен быть определен с учетом сверх-
переходного тока /", посылаемого двигателем
в сеть при коротком замыкании у его зажимов,
и пускового тока.
При этом предполагается, что токи, возни-
кающие в двигателе при его синхронных кача-
ниях, не превзойдут с учетом вводимых коэ-
фициентов надежности определенного таким
образом тока трогания.
В противоположность асинхронным двигателям в дан-
ном случае иногда приходится также учитывать возмож-
ность возникновения повышенных пусковых токов при
установке АПВ на линиях, питающих защищаемый дви-
гатель.
Максимальное значение тока /", если до возникнове-
ния короткого замыкания напряжение на зажимах двигателя
равнялось 1,С5 UH0At> ток статора 0,95 1Н0М, коэфидиент
мощности со$?яо.« и сверхпереходный реактанс в долях
единицы X"d$ определяется уравнением
/"
£// 1,05+ 0,95.^. sin <pw{Mf
__/ 1,06
+ 0,95 sin yH0M
)•
(XII, 43)
Максимальный ток в двигателе 1повт при повторном
включении может возникнуть в случае его присоединения
к системе весьма большой по сравнению с двигателем
мощности при восстанавливающихся напряжении сети и
напряжении на зажимах двигателя, равных номинальным
и сдвинутых по фазе в момент включения на 180°, и он*
ределяется уравнением
JfSSL^^L, да, 44)
Для определения тока трогания защиты синхронного
двигателя используется выражение (XII, 42) с подстановкой
в него взамен 1п наибольшего из рассмотренных токов.
370
При возможности повторной автоматической подачи кап-
ряжения на защищаемый двигатель расчетным является
ток из соотношения (XII, 44).
Оценка защиты. Основным недостатком вы-
полненной рассмотренным образом токовой за-
щиты асинхронных и синхронных двигателей от
многофазных замыканий является ее малая чув-
ствительность.
Некоторое повышение чувствительности мо-
жет быть получено за счет отстройки ее по
времени от апериодической слагающей пере-
ходного тока. Так, например, для защиты по
фиг. XII, 15 вводят в выходную цепь проме-
жуточное реле, например, типа РП-2 ХЭМЗ.
Его собственного времени срабатывания уже
оказывается примерно достаточно, чтобы пред-
отварить влияние на ток трогания свободной
слагающей пускового тока асинхронного дви-
гателя; поэтому коэфициент надежности kH
(XII, 42) представляется возможным для реле
типа ЭТ-60 ХЭМЗ у защит асинхронных дви-
гателей снизить с 1,4—1,6 примерно до 1,15—
1,2.
Дальнейшее увеличение выдержки времени
защиты асинхронных двигателей с целью повы-
шения чувствительности практически, как пра-
вило, дать ничего не может, так как симмет-
ричная слагающая пускового тока уменьшается
во времени очень медленно (фиг. XII, 17),
Весьма резкое ее спадание наступает только
при достижении двигателем скольжений, близ-
ких к критическому. Поэтому для заметно-
го повышения чувствительности пришлось бы
устанавливать на защите совершенно неприем-
лемые выдержки времени, измеряемые многими
секундами.
Не считается • также целесообразным уве-
личивать чувствительность защит синхронных
двигателей за счет повышения времени их
действия.
Схема с включением одного реле на раз-
ность tokqb двух фаз имеет пониженную в \/Ъ
раза чувствительность при двухфазных замы-
каниях между фазами, одна из которых не име^т
трансформатора тока. Однако устранять этот
недостаток посредством перехода на схему не-
полной звезды следует только в случаях край-
ней необходимости^ так как при этом вдвое
увеличивается количество необходимых реле.
Некоторое повышение чувствительности при
применении реле типа ЭТ ХЭМЗ может быть
также достигнуто при специальном раздель-
ном включении двух половин их обмотки на
линейные токи (см. гл. VII, § 7).
Из изложенного следует, что в настоящее
время не существует вполне удовлетворитель-
ных способов осуществления чувствительной
максимальной токовой защиты двигателей от
короткого замыкания.
Защита действует при многофазных замы-
каниях на выводах обмотки статора только
на части витков, расположенных вблизи пос-
ледних, и на участке между выводами и вы-
ключателем.
С этой точки зрения на двигателях жела-
тельно иметь еще дополнительную (обычно
чувствительную) защиту от сверхтоков, кото-
рая хотя бы с большой выдержкой времени
могла резервировать мгновенную грубую за-
щиту от короткого замыкания в статорной об-
мотке.
6. ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ СВЕРХТОКОВ
ПОСРЕДСТВОМ ТЕРМИЧЕСКИХ РЕЛЕ
Основной опасностью для двигателей при
сверхтоках является возможность недопусти-
мого перегрева обмоток. Зависимость допусти-
мых величин сверхтоков от времени изобража-
ется тепловой характеристикой двигателя, ко-
торая помимо параметров, определяющих пос-
тоянную времени нагрева Г, зависит также от
величины предварительной нагрузки, имевшей
место до момента возникновения сверхтока и
от температуры охлаждающего воздуха.
Максимальные токовые защиты с реле пост-
роенными, например, на электромагнитном или
индукционном принципах, не могут иметь харак-
теристик, учитывающих эти особенности.
Принципиально наиболее совершенное ре-
шение вопроса получается при использовании
реле, которые основаны на тепловом действии
тока и могут иметь характеристики времени
срабатывания t= /•(/), подобные тепловым ха-
рактеристикам защищаемых двцгателей Такие
реле называются термическими.
Наиболее широкое распространение полу-
чили термические реле, в которых в качестве
нагреваемого тела используется биметалличе-
ский элемент, состоящий из двух, обычно
сваренных по всей поверхности, пластинок
из металлов или сплавов, обладающих различ-
ными коэфициентами линейного расширения а
Если один конец такого элемента длиной /
и толщиной d (фиг.ХН,18) жестко закрепить,
то при нагревании свободный его конец вслед-
ствие неодинаковых коэфициентов линейного
расширения а.х и <х2 сваренных пластин изогнет-
ся на величину а в сторону пластины с мень-
шим коэфициентом а.
На фиг.ХН,18 верхняя пластина / имеет
больший коэфициент линейного расширения,
чем нижняя (at>a2); поэтому элемент изгибает-
ся вниз.
Величина изгиба а может быть оценена,
например, по следующей формуле:
где
к-
т0их-
• коэфициент пропорциональности;
соответственно начальное и ко-
нечное превышения температуры
элемента над температурой окру-
жающей среды.
Как следует из (XII, 45), величина изгиба
пропорциональна разности коэфициента а. и а,
поэтому материалы свариваемых пластин сле-
дует стремиться выбирать с возможно более
I
А
ш
биметаллический
элемент
1 а
1
Фиг. ХПД& Изгиб биметалли-
ческого элемента при его
нагреве.
а,
JiazpefiamenbHbte
элемент
jl п\\ /1
Фиг. ХН.20. Тепловая
система с температурной
компенсацией для устра-
нения влияния окру-
жающей температуры на"
ее работу.
Фиг. XII.19. Способы
нагрева биметалличе-
ского элемента.
а — непосредственный;
о — косвенный;
в — комбинированный.
а-.
«2)^-^0), (XII, 45)
24*
разнящимися значениями этих коэфициентов
Для примера можно указать, что коэфициент
О 0И7Та?м^1пДЛЯ ла1Уни °>0185> а *и стали
O.UI17 (материалы обычно сочетаемые в тео-
мических реле типа ТТ-20 ХЭМЗ)
иа^У^аЮЩИеСЯ ПРИ нагревании значительные
изгибы а дают возможность осуществления си-
стем со значительным ходом контактов
ЛнткЖИ. ^^лического элемента может
быть (фиг. XII, 19) непосредственный —путем
пропускания по нему тока, косвенный —с по-
мощью специальных вспомогательных нагрева-
тельных устройств и комбинированный ,
Иногда, например, на собственном расходе
электрических станций защита устанавливается
не у двигателей, которые кроме того могут
охлаждаться наружным воздухом.
Тогда обеспечение одинаковых условий ох-
лаждения двигателя и реле не представляется
возможным. Зависимость времени срабатывания
реле от-температуры окружающего его воздуха
становится уже не достоинством, а недостат-
ком защиты. В этих случаях могут быть при-
менены термические реле с температурной ком-
371
пенсацией, которая должна устранять влияние
на работу реле температуры окружающей среды.
Возможное принципиальное выполнение си-
стемы с температурной компенсацией приведе-
но на фиг. XII, 20.
Система имеет специальный компенсатор /
в виде дополнительной биметаллической плас-
тины, не находящийся под влиянием тока.
Пластинки, основная и дополнительная, укреп-
лены так, что, действуя на систему в разные
стороны, обеспечивают при изменении окру-
жающей температуры постоянное расстояние
между контактами 2.
Фиг. XII.21. Схема двухфазной
термической защиты двигателя
напряжением 2 — 6 kV, присо-
единенного через масляный
выключатель с реле типа
ТТ-20 ХЗМЗ.
На фиг, XII, 21 приведена принципиальная
схема термической защиты высоковольтного
двигателя напряжением 2-^-6 kV.
Защита выполнена посредством двухфазно-
го термического реле 3 типа ТТ-20 ХЭМЗ.
Целесообразность выполнения защиты от
сверхтоков посредством одного двухфазного
или двух реле, включенных по схеме неполной
звезды, в отличие от защиты при коротком
замыкании, выполненной часто односистемной,
определяется тем, что она может также дей-
ствовать при обрыве одной из фаз. При вы-
полнении защиты односистемной, по схеме с
включением одного реле на разность токов
двух фаз, она имеет большое понижение чув-
ствительности при обрыве в фазе, содержащей
трансформатор тока и вообще отказывает в
работе при обрыве в фазе, не имеющей транс-
форматора тока. Осуществление защиты с од-
чш реле, включенным ^а линейный ток ка-
кой-либо из фаз, также может оказаться неце-
лесообразным, так как она будет отказывать
в действии при обрыве той фазы, на которой
установлена.
В схеме установлены два автотрансформа-
тора тока, по одному на каждый термический
элемент. Они необходимы для повышения
вторичного тока трансформаторов тока до
номинального тока реле ТТ-20, составляющего
20 А.
Автотрансформаторы типов ВУ-21 и ВУ-22
ХЭМЗ могут повышать ток с 2 А. Таким
образом при вторичном номинальном токе
защищаемого двигателя меньшем 2 А (может
Фиг. ХП,22. Схема защиты
асинхронного двигателя на-
пряжением 500 V, присоеди-
ненного через магнитный
пускатель, включающая
двухфазную термическую
защиту.
быть при выборе трансформаторов тока с
повышенным коэфициентом трансформации, на-
пример, из условий их динамической устойчи-
вости) применение нормальной схемы невоз-
можно.
Для правильного действия защиты трансфор-
маторы тока для нее целесообразно проверять
на точность работы по 10% кривым кратностей
(см. гл. II, § 12).
Нагрузка, приходящаяся на трансформатор
тока, без учета сопротивлений соединительных
проводов, P^30VA. Сопротивление этой на-
грузки в омах при вторичном номинальном токе
двигателя iH0M составит -^— Q. При неболь-
ших 1ном она может оказаться весьма большой.
При необходимости итти на повышенные ошиб-
ки трансформаторов трка их следует учитывать
при регулировке характеристики реле.
372
Следует также отметить, что сопротивление
проводов, соединяющих реле с автотрансфор-
маторами, для обеспечения достаточно точной
работы последних не должно превосходить
~0,02 Q. Поэтому автотрансформаторы следует
монтировать по возможности ближе к реле и
соединять их между собой непосредственно,
минуя какие-либо сборки.
На фиг. XII, 22 приведена принципиальная
схема защиты двигателя напряжением 500 V.
Реле типа ТТ-20 включаются в этом случае
непосредственно в цепь защищаемого двигателя,
без трансформаторов тока.
В качестве выключателя на двигатателе уста-
новлен магнитный пускатель 7, который управ-
ляется с помощью реле 2 посредством разрыва
цепи его катушки напряжения, нормально вклю-
ченной на линейное напряжение. Для этого
реле выполнены с размыкающими контак-
тами.
Для включения и отключения пускателя
взамен обычно применяемых кнопок установлен
рубильник 3. Это дает возможность магнит-
ному пускателю при восстановлении напряже-
ния включаться автоматически, без воздей-
ствия со стороны обслуживающего персонала.
Такое управление пускателем повышает бес-
перебойность работы двигателя, но допустимо
только в тех случаях, когда возможен его
самозапуск после кратковременного и длитель-
ного перерыва в питании.
Защита двигателя от многофазных замыка-
ний осуществляется в рассмотренной схеме
посредством плавких предохранителей.
Ток трогания термической защиты устанавли-
вается по возможности ближе к величине
длительно допустимого рабочего тока двига-
теля с учетом места установки реле и окру-
жающих температурных условий.
Следует иметь в виду, что реле ТТ-20 не
имеет температурной компенсации и поэтому
осуществление защиты с ним, как правило,
целесообразно только при установке его вблизи
защищаемого двигателя.
Характеристика реле путем изменения его
уставок подбирается так, чтобы она была рас-
положена при различных режимах несколько
ниже тепловой характеристики двигателя, но
по возможности ближе к последней. В ряде
случаев получить при этом вполне удовлет-
ворительные результаты не удается.
Основными недостатками термической защи-
ты двигателей являются:
1) сложность регулировки, испытаний и ухо-
да в процессе эксплоатации;
2) имеющееся в большинстве случаев несо-
ответствие между тепловыми характеристика-
ми реле и двигателя;
3) неодинаковость характеристик у отдель-
ных экземпляров реле;
4) изменение характеристик в течение от-
носительно краткого срока эксплоатации (для
реле ТТ-20).
Термическая защита с вторичным реле при-
меняется поэтому преимущественно для защи-
ты от сверхтоков двигателей, в которых по
условиям их работы относительно часто могут
возникать токи перегрузки или другие виды
опасных для обмоток сверхтоков. При этом
защиты с реле ТТ-20 ХЭМЗ, имеющие очень
большую зависимость величины тока трогания
от температуры охлаждающего воздуха (тем-
пературная компенсация отсутствует), могут
использоваться только при установке их в
температурных условиях, одинаковых с двига-
телем.
В частности, использование данной защиты
для двигателей собственных нужд электриче-
ских станций является, как правило, нецелесо-
образным, тем более, что работа большинства
их характеризуется достаточно равномерной
загрузкой, не требующей значительного ис-
пользования их перегрузочной характеристики.
Термическая защита не может использо-
ваться как основная защита двигателей от мно-
гофазных замыканий, так как действует при
этом недостаточно быстро.
Она не может быть также использована
в качестве полноценной защиты от сверхтоков
демпферных обмоток синхронных двигателей,
так как эти обмотки имеют тепловые харак-
теристики, отличные от характеристик основ-
ных обмоток.
7. ТЕРМИЧЕСКИЕ РЕЛЕ ТИПА ТТ-20 ХЭМЗ
Реле основано на тепловом принципе с
использованием биметаллических пластинок
(фиг. XII, 23).
Оно выпускается двухфазным для токов от
20 до 200 А и однофазным для токов от 200 до
2 000 А.
В реле входят следующие основные части:
биметаллические пластинки 7, нагревательные
элементы 2, латунные колодки 3, подвижные
контакты 4 и неподвижные 5, пружина кон-
тактной системы 6, кнопка для возврата кон-
тактов 7 и устройство для регулирования тока
трогания 8.
Нагревательный элемент и биметалличе-
ская пластинка соединены между собой после-
довательно и питаются током, пропорциональ-
ным току защищаемого двигателя.
Нагрев биметаллических пластин осущест-
вляется по комбинированной схеме током в
пластинах и теплом латунных колодок, внутрь
которых вставлены нагревательные элементы,,
При достижении определенной температу-
ры биметаллическая пластина прогибается и
освобождает защелку подвижного контакта 4,
373
)? Фиг. ХИ.23. Выполнение термиче-
1 ского реле типа ТТ-20 ХЭМЗ.
'. -( |
по
№
Ж 80
%
«5(
| до
I ло
20
0
;
Jp^ZZa
^
Л
i
__>
""ST
■ ■'■■ Ч
•
L
>
\,Ьк
1 I
\С преооорите
Г 1 1 —
'
з предварите
\ нагрузки
ъ I
пьнои
льнпй нагрузкой ~]
(——.
LL
1 НОМ [
100
Z00 300 400 500
■ *- Нагрузка dSueam в % номинального тона
SOU
Фиг. XII, 24. Характеристики времени действия от тока термического реле типа ТТ-20 ХЭМЗ.
374
который, поворачиваясь под действием пружи-
ны 6, замыкает цепь отключения через непод-
вижный контакт 5.
Реле не имеет самовозврата после срабаты-
вания. Для ручного возврата контактов в
исходное положение в нижней части реле
поставлена кнопка 7. Возврат может быть
осуществлен через время 16 — 90 сек., завися-
щее от нагрева реле. Отсутствие самовозврата
представляет серьезный эксплоатационный
недостаток рассматриваемой конструкции. Ре-
гулировка тока трогания производится пере-
мещением указателя 8 по шкале. При этом
Фиг. XII, 25. Зависимость тока трогания термического
реле типа ТТ-20 ХЭМЗ от окружающей температуры,
подвижная контактная система 4 передвигается
таким образом, что изменяется величина изгиба
биметаллической пластинки /. Пределы регу-
лировки составляют 80-*-120% номинального
тока. (
Характеристики реле, представляющие за-
висимость времени его срабатывания от тока,
даны на фиг. XII, 24. Приведено две характе-
ристики: для реле без предварительной нагруз-
ки током и для предварительно нагретого
номинальным током. Сравнение этих кривых
показывает,1 что предварительная нагрузка силь-
но влияет на работу реле.
Зависимость тока трогания реле от окружаю-
щей температуры представлена на фиг. XII, 25.
Отсутствие температурной компенсации и низ-
кая рабочая температура биметаллической пла-
стинки (равна примерно 90°) обусловливают силь-
ную зависимость ip. m от температуры окружаю-
щего воздуха.
Из всех выпускавшихся ХЭМЗ термических
реле тип ТТ-20 имеет характеристики, наиболее
подходящие для защиты двигателей. Однако
к общим недостаткам термических реле в нем
прибавляются еще: отсутствие самовозврата
громоздкая конструкция. Кроме того на работу
реле оказывает большое влияние температура
охлаждающей среды.
По этим причинам применения этих реле
на практике стремятся по возможности избегать.
Их устанавливают главным образом для
защит двигателей с достаточно сильно и от-
носительно часто меняющейся нагрузкой при
условии, что защита размещается рядом с
двигателем или по крайней мере в том же
производственном помещении.
8. ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ СВЕРХТОКОВ
ПОСРЕДСТВОМ МАКСИМАЛЬНЫХ ТОКОВЫХ РЕЛЕ
С ОГРАНИЧЕННО-ЗАВИСИМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКА-
МИ
При использовании максимальной токовой
защиты в качестве защиты двигателей от
перегрузок ее характеристику выдержки вре-
мени, так же как и для рассмотренной выше
термической защиты, в некоторых случаях
желательно подобрать по возможности совпа-
дающей (с некоторым коэфициентом запаса) с
тепловой характеристикой двигателя.
С другой стороны, характеристика реле
должна быть выбрана таким образом, чтобы
оно не действовало ни при нормальном пуске
защищаемого двигателя, ни в случае его раз-
ворота при восстановлении напряжения, напри-
мер, после короткого замыкания в системе.
Для этого выдержка времени защиты при
токе, равном пусковому, должна быть
больше длительности разбега двигателя с
механизмом в наиболее тяжелых эксплоатацион-
ных условиях (например, при пониженном нап-
ряжении на его зажимах, которое может су-
ществовать при восстановлении напряжения в
системе).
Время разбега двигателей. Увеличение числа обо-,
ротов двигателя при подаче напряжения на его зажимы
или восстановлении напряжения происходит под действи-
ем так называемого динамического момента Afo, равного
разности вращающего момента М и момента сопротивле-
ния МС9 определяемого приводимым в движение механиз-
мом:
М* = М-Мг
(ХИ.46)
Увеличение числа оборотов происходит до тех пор,
пока динамический момент не сделается равным нулю и
двигатель не перейдет в установившийся режим работы.
Динамический момент связан с моментом инерции /
всего агрегата (двигатель вместе с приводимым им в
движение механизмом) и угловой скоростью вращения а>
соотношением
М;
Момент инерции
dt
J-GD»
(XII.47)
(XII.48)
375
где G — вес вращающихся частей; *Da — диаметр инер-
ции и^ = 9,81 m/sec2 (ускорение силы тяжести).
Обозначая относительную величину динамического
момента, равную J/d , через тд и принимая во внима-
Мном
ние, что о> =
2r n
^ п
60 Ином Псин
следующую форму соотношения (XII, 47)
1«— s, получаем
тд =
2к
GD„nCi
4-9,81-60
2
GDutiCUH
Мн
d (I— s) __
dt ""
""5Г
(XII, 49)
откуда интересующее нас время разбега от скольжения
s' до скольжения sr/ *'
t^_GDii Псин I
37о Мном J
ds
mo
(ХИ,50)
Коэфициент, стоящий перед знаком интеграла, носит
название постоянной времени лразбега или выбега агре-
гата:
Гд =
2
GDu nCi
375 Мш
(XII, 51)
Физический смысл его можно определить, рассмотрев,
например, разворот двигателя от состояния покоя до но-
минального числа оборотов под действием постоян-
ного по величине вращающего момента, при моменте
сопротивления, равном нулю.
В этом случае согласно (XII, 46)
тд = мнам—0 = |; S' а, 1- д//^0.
МНом
о
Поэтому t == - Taf ds = —Ta (0—1) = Та.
Таким образом величина Та численно равна времени»
в течение которого двигатель с приводимым им в дви-
жение механизмом под действием постоянного вращаю-
щего момента, равного номинальному, достигнет нормаль-
ного числа оборотов.
Рассуждая аналогичным образом, можно показать,
что Та равно также времени, в течение которого двига-
тель, нагруженный постоянным моментом сопротивления,
не зависящим от числа оборотов и равным номинальному
моменту, остановится при отключении его от сети.
Имея характеристики вращающего момента m =* —-—
^ном
при различных напряжениях на зажимах статорной обмот-
ки и моментов сопротивления /яс = —£- в функции от
^ном
скольжения двигателя s9 мбркно для каждого значения s
определить динамический момент та = m — тпс и решить
уравнение (XII, 50) графически.
На фиг. XII, 26 в качестве примера приведены по-
дстроенные указанным образом кривые разбега агрегата, со-
стоящего из асинхронного двигателя и механизма с венти-
ляторной характеристикой противодействующего момента
тс = 0,15 + 8о (1—s{)2 при различных значених коэфици-
ента k\jb (см. уравнение ХИ,32) [Л. 6].
Выражение для определения времени разбега агрегата
можно также получить через средние, постоянные за
рассматриваемый промежуток времени, значения враща-
ющего и противодействующего моментов (фиг, XII, 27).
Тогда тд = mcp—mc cp=const и время разбега, например, от
376
заторможенного состояния (sr = 1) до нормального числа
оборотов (sH0M ^ 0) на основании (XII, 50) и (Х11,51):
(XII, 52)
ТПср— ТПс ср
Так как вращающий момент пропорциснален квадрату
напряжения U\ на зажимах статора, время полного разбега
из заторможенного состояния на основании (XII, 52) имеет
следующий, удобный для расчетов, вид:
-.. (XII, 53)
( 7Г1" )lmw— Шс ср
\ином'й
Выбор параметров максимальной токовой
защиты. Ток трогания защиты выбирается по
максимальному длительно-допустимому рабоче-
Фиг. ХП,26. Характеристики разбега двигателя с вентиля-
торной характеристикой противодействующего момента
/я, = 0,15 + 0,85 (1 — 5j)2 при 4 = 0,1 = const
му току двигателя 1доп с учетом коэфициента
надежности кни коэфициента возврата токово-
го реле кв.
При включении реле, как и для защиты
от многофазных замыканий на разность линей-
ных токов, получаем
*р. т-
6 ks *
on
m
(XII, 54)
Характеристика выдержки времени должна
быть такой, чтобы при токе, равном пусково-
му> время действия защиты было более дли-
тельное! и пуске tn , определенного по выра-
жениям (XII, 50) и (XII, 53) (для асинхронных дви-
гателей tn обычно не презосходит 10-:- 15 сек.)
и на величину, определяемую коэфициен-
том надежности, меньше времени, необходи-
мого по тепловой характеристике, выражае-
мой уравнением (XII, 22).
Характеристики выдержек времени макси-
мальных токовых реле еще в меньшей мере,
чем характеристики термических реле, соответ-
ствуют тепловым характеристикам двигателей.
При этом они обычно имеют недостаточные
времена при относительно небольших сверхто-
ках, не давая тем самым возможности исполь-
зовать в этих случаях перегрузочные возмож-
ности двигателей.
Токовые реле не учитывают также при
своем действии величины предварительной за-
грузки двигателей и температуры окружаю-
щей их среды.
Преимуществами токовых реле, по сравне-
нию с термическими, являются:
1) упрощение подбора характеристик и
эксплоатации;
2) упрощение, в некоторых случаях схем
защиты за счет использования максимальных
токовых реле с ограниченно-зависимой харак-
теристикой и отсечкой как для защиты двига-
телей от сверхтоков, так и внутренних много-
фазных замыканий (фиг. XII, 16).
Следует также иметь в виду, что максималь-
ная токовая защита от сверхтоков, имеющая
относительно небольшой ток срабатывания,
может использоваться в качестве резервной
к мгновеннодействующей, но грубой защите
двигателей от многофазных замыканий, защи-
щающей в большинстве случаев только выводы
статорной обмотки и небольшую часть ее
витков.
ХЭМЗ выпускает для рассматриваемой
комбинированной защиты специальную разно-
видность реле типа ИТ-80 с повышенными вы-
держками времени под номером ИТ-82 (см. гл.
И, § 9).
Синхронные двигатели имеют в ряде случаев
большие, чем асинхронные, времена пуска tfU
при которых использование существующих
реле с ограниченно-зависимыми характеристи-
ками оказывается затруднительным или невоз-
можным.
В таких случаях можно, используя, напри-
мер, установленную на двигателе автоматику
пуска, отключать максимальную токовую за-
щиту с зависимой характеристикой на время
пуска. Выдержки времени защиты могут быть
при этом соответственно снижены.
Рассмотренная максимальная токовая за-
щита с ограниченно-зависимой характеристикой
выполняется посредством индукционных реле.
Эти реле реагируют также на пульсирующие
токи, возникающие в цепи статора выпавшего
из синхронизма синхронного двигателя. Поэтому
максимальная токовая защита может быть ис-
пользована также в качестве защиты этих
двигателей от выпадения их из синхронизма.
Однако действовать в этом случае она будет
достаточно медленно, оставляя выпавший из
синхронизма двигатель в течение некоторого
времени без надобности включенным.
9. ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Назначение защиты. Защита минимального
напряжения, устанавливаемая в некоторых слу-
чаях на асинхронных и синхронных двигателях,
может иметь разное назначение.
1. Предотвращение перегрева,,
асинхронных двигателей с фазным
ротором в случае, когда противодей-
ствующий момент при пуске больше
пускового момента двигателя. Агре-
гаты рассматриваемого типа имеют обычно по-
стоянный противодействующий момент, не за-
висящий от количества оборотов. К их числу
на электрических станциях относятся.в част-
ности мельницы, дробилки, транспортеры.
Фиг. ХИ,27. Средние значения моментов т^% т и тс зг
время разбега двигателя.
При понижении напряжения в системе^
вызванном, например, коротким замыканием,
двигатели с механизмами указанного типа быст-
ро увеличивают скольжение.
При восстановлении напряжения после от-
ключения короткого замыкания двигатели смогут
сами развернуться до нормального числа обо-
ротов только в том случае, если они успели
увеличить свое скольжение не более чем до
предельного s„pt соответствующего величине
восстанавливающегося напряжения (фиг. ХП,5).
При сильных понижениях напряжения это
может быть в тех случаях, когда короткое замы-
кание ликвидируется в течение времени, не пре-
восходящего нескольких десятых долей секун-
ды. При более длительных коротких замыканиях
двигатели успевают уменьшить число оборотов
настолько, что при восстановлении напряжения
сами без введения пускового реостата развер-
нуться не могут и полностью затормаживаются.
В двигателях появляются повышенные то-
ки, достигающие при полном восстановлении
напряжения значения пускового тока при вы-
веденном реостате в цепи ротора.
В данном случае будет действовать макси-
мальная токовая или термическая защита. Одна-
ко при этом допускался бы перегрев обмоток
до значений, приближающихся к предельно-до-
37?
пустимым, и они в течение достаточно длитель-
ного времени подвергались бы нежелательным
динамическим воздействиям.
Поэтому на агрегатах рассматриваемого
типа иногда устанавливается специальная за-
щита минимального напряжения, которая должна
отключать их при таких напряжениях и с такой
выдержкой времени, при которых они уже не
могут развернуться в случае восстановления
напряжения.
Для этого напряжение трогания ир. т защиты
должно быть равно тому напряжению, при
котором максимальное значение вращающего
момента mm^{si—sKf) снижается до величины
момента сопротивления те = const и двигатель
далее работать не может (фиг. ХИ,5).
При моменте сопротивления, равном но-
минальному J7z,»l, это напряжение с учетом
соотношения (ХН,34):
и»т=^' №55)
Отношение максимального момента к но-
минальному Ъ =5s 2; отношение первичного напря-
жения ином к пн равно вторичному напряжению
инем. Поэтому ир. т ъ 0,7 ином .
Если защита минимального напряжения вы-
полняется с выдержкой времени, то ее напря-
жение трогания должно быть также выбрано
таким, чтобы реле надежно возвращалось в
исходное положение после понижений напря-
жения в системе, длящихся менее времени ее
срабатывания. Для этого должно быть
aV«-2ggs. Ш1,56)
Для обеспечения правильного действия
защиты значение и'р. т по (ХИ,56) должно быть
больше определяемого формулой (XII, 55).
Если и'р.щ по (ХН,56) оказывается меньшим
и, следовательно, расчетным, защита сможет
отказывать в действии при остаточных напря-
жениях и, лежащих в пределах и'р.т<и<ир.т.
Выдержка времени должна соответство-
вать времени выбега агрегата до предельного
скольжения sHP, отнесенного к минимальной
величине восстанавливающегося напряжения,
ожидаемого нормально на зажимах двигателей
данной установки.
Однако на практике расчет часто ведется
с запасом, исходя из меньшей величины сколь-
жения, равной критическому s'K .
Для определения времени выбега используются вы-
веденные выше выражения (XII, 50), (XII, 51).
На фиг. XII, 28 в качестве примера приведены кривые
зыбега, для| двигателей с /^ = 1,^ = 0,15 для различ-
ных значений коэфициента k\*b [Л. 6].
Если защита выполняется с независимой характери-
сшкой выдержки времени, то время ее действия долж-
ке быть определено, исходя из наиболее тяжелого случая
&д.&я»0(£/ОГЯ|=:0), при котором двигатель тормозится
наиболее быстро.
Время достижения им предельного или критического
скольжения определяется в этом частном случае при
заданной величине постоянной времени выбега Та, соот-
ветственно как snp*Ta или s'KTa.
При наличии минимального реле напряжения с зави-
симой характеристикой выдержки времени (время дей-
ствия тем меньше, чем меньше напряжение) эту харак-
теристику следовало бы подбирать такой, чтобы время
действия реле при различных напряжениях было равно
времени выбега двигателя до предельного или критиче-
ского (если по нему ведется расчет) скольжения при тех
же напряжениях.
Фиг, ХИ,28. Характеристики выбега двигателя с про-
тиводействующим моментом /иг==1 и $'й=0,15.
Подобрать необходимую характеристику для зависи-
мых реле существующих типов иногда бывает затрудни-
тельно и потому часто устанавливается защита с незави-
симой характеристикой выдержки времени.
Время действия в зависимости от s'K при
расчете по последнему должно составлять
~0,15-г-0,4 сек* При расчете по snp время
получается несколько большим.
Требуемое время оказывается весьма неболь-
шим. Однако итти на выполнение защиты
мгновенной для ответственных двигателей не-
допустимо. Наличие даже небольшой выдержки
времени предотвращает их выведение из ра-
боты при повреждении в системе (например,
в других двигателях той же установки), от-
ключаемых быстродействующими защитами.
2. Предотвращение последствий
выпадения синхронных двигателей
из синхронизма. При достаточной величине
и длительности понижения напряжения на за-
жимах синхронного двигателя он выпадает из
синхронизма.
В основу защиты двигателя от последствий
его выпадения из синхронизма, может быть
положено, как и при защите асинхронных дви-
гателей от последствий понижения напряжения,
378
два различных принципа: 1) реакция на уже
происшедшее выпадение из синхронизма (на-
пример, рассмотренная выше токовая защита
с зависимой характеристикой); 2) реакция на
такие понижения напряжения, которые при со-
ответствующей длительности приводят к вы-
падению из синхронизма.
Рассматриваемая защита минимального на-
пряжения относится ко второй группе.
Недостатками защиты минимального напря-
жения являются: 1) трудность подбора такой
ее характеристики, которая давала бы сраба-
тывание только на действительно выпадающем
из синхронизма двигателе; 2) неспособность
защиты реагировать на выпадение из синхро-
низма, обусловленное нарушениями в цепях
возбуждения; 3) возможность без специальных
блокировок неправильного действия при нару-
шениях цепей напряжения.
В последнее время защиту минимального
напряжения, особенно на ответственных дви-
гателях, стремятся не ставить.
3, Обеспечение условий для быст-
рого восстановления напряжения в
системе посредством отключения ме-
нее ответственной части двигате-
лей. При коротких замыканиях в системе, пи-
тающей двигатели, напряжение на их зажимах
снижается в предельном случае до нуля. Числа
оборотов асинхронных двигателей уменьша-
ются. Синхронные двигатели могут выпасть из
синхронизма. \
При восстановлении напряжения двигатели
начинают потреблять токи, в несколько раз
превышающие номинальные их значения. В пи-
тающих цепях возникают поэтому увеличенные
падения напряжения, затрудняющие достиже-
ние двигателями нормального числа оборотов
или делающие это вообще невозможным.
Получающееся ненормальное состояние си-
стемы может приводить к недопустимому пе-
регреву двигателей, нарушению технологиче-
ского процесса предприятий, где они установ-
лены, или даже нарушению статической устой-
чивости системы в целом.
Отключение-в рассматриваемом случае части
двигателей уменьшает падение напряжения в
питающих цепях и облегчает условия для вос-
становления нормальной работы неотключенной
частью двигателей.
Поэтому иногда бывает целесообразно при
возникновении в системе понижения напряже-
ния менее ответственную часть двигателей
автоматически отключать.
Это обычно осуществляется защитой мини-
мального напряжения. Ее напряжение трога-
ния ир.т выбирается, как и для предыдущего
случая, равным, например, для асинхронных
двигателей, ~ 0,7 ином- Она осуществляется в
зависимости от типа агрегата мгновенной или
с выдержкой времени 0,25—0,5 сек. Выдержка
времени целесообразна в ряде случаев для пре-
дотвращения отключения.двигателей при крат-
ковременных понижениях напряжения, вызван-
ных короткими замыканиями в системе, отклю-
чаемыми быстродействующими защитами пов-
режденных элементов.
Защита минимального напряжения в неко-
торых случаях устанавливается также на дви-
гателях, самозапуск которых недопустим по
условиям технологического процесса производ-
ства или технике безопасности (неожиданный
для обслуживающего персонала запуск после
длительного перерыва питания).
Схемы осуществления защит асинхронных
двигателей. В общем случае работа двигателя
определяется результирующим вращающим мо-
ментом Af, равным разности моментов Мх по-
ложительной и М2 отрицательной последова-
тельностей.
Как правило, двигатели тормозятся наиболее
сильно при симметричных понижениях напряже-
ния, например, в случае трехфазного короткого
замыкания.
Однако и при несимметричных, например,
двухфазных коротких замыканиях двигатели
могут сильно снижать число оборотов за счет
понижения слагающей положительной после-
довательности напряжений и появления указан-
ного выше момента отрицательной последова-
тельности.
Поэтому схемы защиты должны быть выпол-
нены таким образом, чтобы они могли реаги-
ровать на понижения напряжения, вызванные
как симметричными, так и несимметричными
короткими замыканиями.
При применении однофазных реле для обес-
печения действия схемы при двухфазных замы-
каниях требуются три реле напряжения, вклю-
ченных на три соответствующих линейных на-
пряжения. Исключением являются только за-
щиты, устанавливаемые, например, для пред-
отвращения самозапуска двигателей после дли-
тельного отсутствия напряжения. Они должны
действовать при исчезновении напряжения и
поэтому могут включаться, например, на одно
из линейных напряжений.
Необходимо, однако, отметить, что в не-
которых случаях в целях упрощения применяют
защитит, реагирующие на одно линейное напря-
жение и при других назначениях защиты ми-
нимального напряжения. Это в первую очередь
относится к двигателям 500 V, которые часто
снабжаются не масляными выключателями, а
магнитными пускателями с одной катушкой
минимального напряжения. На использование
таких неполноценных схем идут, имея в виду,
в частности, следующее: а) как защита от сверх-
токов самого двигателя они в той или иной
мере резервируются термической, токовой за-
379
щитами или плавкими предохранителями; б) как
защита, облегчающая разворот более ответст-
венных двигателей после отключения корот-
кого замыкания при наличии одного реле, они
могут все же работать при трехфазных ко-
ротких замыканиях. При двухфазных коротких
замыканиях они могут отказать. Однако если
вследствие больших пусковых токов понизятся
все линейные напряжения, они подействуют и
отключат соответствующие двигатели.
Принципиально наилучшими из существую-
щих защит минимального напряжения являются
те, которые используют трехфазные реле
напряжения с вращающим моментом Л1вр=
= ЫАв-ивеX sin (uabUbc), т. е. пропорциональ-
ным площади треугольника линейных напряже-
ний (см. гл. IV, § 16) и зависимой характери-
стикой выдержки времени*
Наиболее тяжелым для работы двигателя
является металлическое трехфазное короткое
замыкание у зажимов двигателя. Вращающий
момент в этом случае равен нулю, и защита
действует с минимальной выдержкой времени.
При металлических замыканиях между дву-
мя фазами в той же точке вращающий момент
двигателя определяется разностью моментов
положительной и отрицательной последова-
тельности М = Мг — М2. Момент Mlt пропор-
циональный квадрату напряжения их=095иф, со-
ставляет ~ 0,25 номинального; кроме того из
него вычитается Ж2. В результате М оказы-
вается весьма небольшим и быстрота тормо-
жения двигателя может приближаться к рас-
смотренному ранее случаю трехфазного замы-
кания. Площадь треугольника линейных напря-
жений при данном двухфазном коротком замы-
кании равна нулю и реле действует также с
минимальной выдержкой времени.
В случае удаленных коротких замыканий
вращающий момент двигателя увеличивается;
одновременно возрастает площадь треугольни-
ка напряжений и соответственно выдержка
времени защиты.
Реле правильно реагирует также на двух-
фазные короткие замыкания, происходящие за
трансформаторами, имеющими соединение об-
моток звезда-треугольник. Например, при ме-
таллическом двухфазном коротком замыкании
за таким трансформатором, пренебрегая паде-
нием в нем напряжения, площадь треугольника
линейных напряжений равна нулю с обеих сто-
рон трансформатора (см. гл. III, § 18) и реле
работает с наименьшей выдержкой времени.
При использовании однофазных реле напря-
жения, включенных на линейное напряжение,
защита, в особенности с зависимой характе-
ристикой выдержки времени, работает нечетко
при двухфазных коротких замыканиях за транс-
форматорами с соединением обмоток звезда-
380
треугольник, так как к реле подводятся на-
пряжения, соответствующие фазным на повреж-
денной стороне и равные поэтому ^ 0,5 ираб.
Применение однофазных реле напряжения,
включенных на фазные напряжения, недопусти-
мо, так как защита будет, наоборот, неудов-
летворительно действовать при двухфазных
коротких замыканиях в системе того напряже-
ния, где установлен двигатель.
Таким образом для охвата возможных по-
вреждений, на которые должна реагировать за-
щита, в общем случае потребовалась бы уста-
новка шести однофазных реле напряжения
взамен одного трехфазного рассматриваемой
конструкции.
Необходимо, однако, отметить, что сущест-
вующие конструкции трехфазных реле в ряде
случаев не удовлетворяют предъявляемым к
ним требованиям. Так, Йапример, реле типа
ИН-138 ХЭМЗ имеют излишне высокое для не-
которых агрегатов минимальное время дей-
ствия (0,5 сек.), низкий коэфициент возврата
(0,75) и отсутствие регулировки напряжения
трогания (ир. т=0,7ином), обусловливающее воз-
можность неправильного срабатывания защиты
при восстановлении напряжения после отклю-
чения короткого замыкания в системе.
Поэтому в ряде случаев применяют также
схемы с тремя однофазными реле напряжения,
включенными на линейные напряжения. При
этрм в целях упрощения допускается, очевид-
но, несовершенное действие защиты при
двухфазных замыканиях за трансформаторами,
имеющими соединение обмоток звезда-тре-
угольник.
При применении защит минимального напря-
жения для ответственных двигателей прихо-
дится учитывать возможность их неправиль-
ного срабатывания при нарушениях в цепях
измерительных трансформаторов напряжения,
например, при перегорании предохранителей.
Для предотвращения неправильного дейст-
вия защиты в указанных случаях могут быть
использованы блокировки, применяемые, напри-
мер, для дистанционных защит (см. гл. IV, § 16).
Принимая, однако, во внимание' относительную
простоту защит минимального напряжения,
часто предотвращение их действия при нару-
шениях цепей напряжения осуществляют дуб-
лированием реле напряжения, питаемых, на-
пример, от разных трансформаторов напряже-
ния и имеющих последовательно заведенную
через контакты цепь отключения.
Защиту минимального напряжения совершен-
но необязательно устанавливать в отдельности
на каждом двигателе. При возможности ис-
пользования для ряда двигателей защит с оди-
наковыми параметрами (up.m9t) обычно приме-
няются общие для ряда двигателей схемы,
устанавливаемые на общих шинах или сборках.
На фиг. XII, 29 приведена принципиальная
схема защиты минимального напряжения, ис-
пользуемой для отключения при понижениях
напряжения неответственных двигателей, в це-
лях облегчения разворота при восстановлении
напряжения более ответственных двигателей.
Защита осуществлена посредством одного трех-
фазного реле напряжения с зависимой харак-
теристикой, реагирующего на площадь тре-
угольника линейных напряжений. Блокировок,
предотвращающих неправильное действие за-
щиты при нарушениях цепей напряжения, не
предусмотрено.
Схема может также использоваться для за-
щиты от сверхтоков при восстановлении на-
Фиг. ХП,29. Схема
защиты минималь-
ного напряжения
с трехфазным реле
напряжения, имею-
щим зависимую
характеристику
выдержки вре-
мени.
пряжения менее ответственных двигателей с
фазным ротором, работающих на механизмы с
постоянным противодействующим моментом, и
поэтому не могущих развернуться после дости-
жения скольжения, превышающего предельное.
На фиг. XII, 30 приведена предназначенная
для тех же условий работы схема с тремя одно-
фазными мгновенными реле напряжения. Защиту
допустимо выполнить без выдержки времени.
Однако для предотвращения отключения без
надобности двигателей при коротком замыка-
нии в системе, отключаемых быстродействую-
щими защитами* обычно схема выполняется с
выдержкой времени 0,25 -:-0,5 сек., осуществляе-
мой, как показано на схеме, отдельным реле
времени. При длительном снятии напряжения
шин, к которым присоединены измерительные
трансформаторы напряжения, обмотка реле
времени также длительно находится под током.
Поэтому в схеме должно быть применено рас-
считанное на это реле времени, например,
ЭВ-184 ХЭМЗ (см. гл. II, § 7). При отсутствии
таких реле приходится применять специальные
блокировки, обесточивающие реле времени,
после его срабатывания, на все то время, в
течение которого реле напряжения держа
свои контакты замкнутыми.
На фиг. XII, 31 приведена защита минималь-
ного напряжения для ответственных двигате-
лей. Схема выполнена посредством трехфазных
реле напряжения с зависимой характеристикой,
реагирующих на площадь треугольника ли-
нейных напряжений. Предотвращение непра-
вильного срабатывания защиты при неисправ-
ностях в цепях напряжения достигается уста-
новкой двух комплектов реле, присоединяемых
к различным группам измерительных трансфор-
маторов напряжения. Импульс на отключение
посылается через последовательно соединенные
контакты обоих реле.
На фиг. XII, 32 дана схема защиты ответ-
ственных двигателей от последствий появле-
ния напряжения после длительного перерыва.
В данном случае для действия защиты доста-
<
тх
' 1 -
-с
m Пч F1
<->-4—4—
о—-6-
6—й ■■■■
Фиг. ХН,30. Схема защиты минимального напряжения с
однофазными мгновенными реле напряжения
и отдельным реле времени.
точно иметь одно реле напряжения, включае-
мое на какое-либо из линейных напряжений.
Предотвращение неправильного действия
защиты при неисправностях в цепях напряже-
ния достигается установкой второго реле на-
пряжения, присоединенного на другой транс-
форматор напряжения. Примененное в схеме
реле времени не рассчитано на длительный
ток. Поэтому после срабатывания реле времени
с его обмотки снимается минус оперативного
тока, заведенный через нормально замкнутый
контакт выходного промежуточного реле.
Схема требует специальной регулировки
контактов промежуточного реле. В противном
случае возможно, что промежуточное реле,
разрывая цепь обмотки реле времени, будет
381
Фиг. ХН,31. Схема защиты минимального напряжения с
двумя трехфазными реле минимального напряжения, имею-
щими зависимую характеристику выдержки времени.
"Фиг- Х11Д2Г~СхемаГз'ащиты минимального напряжения с
однофазными реле для защиты ответственных асинхрон-
ных двигателей от последствий появления напряжения
ч, "^лосле длительного перерыва.
заставлять последнее возвращаться в исходное
положение прежде, чем промежуточное реле
успеет самоблокироваться через свой нормально
разомкнутый контакт. При этом возможен от-
каз защиты в отключении двигателей и сгора-
ние реле времени. Удовлетворительные резуль-
таты работы подобных схем с рассматриваемой
точки зрения получаются, например, при соче-
тании реле времени ЭВ-180 с промежуточным
реле ЭП-231 ХЭМЗ.
Как отмечалось выше, упрощенные схемы,
подобные фиг. XII, 32, допускаются также для
Фиг. ХН,33. Схема защиты минимального напряжения с
одним однофазным реле прямого действия.
выполнения и других функций. В целях даль-
нейшего их упрощения второе контрольное
реле или вообще не ставится (для неответст-
венных двигателей) или включается на другое
линейное напряжение того же трансформатора
напряжения.
На фиг. XII, 33 приведена схема защиты ми-
нимального напряжения, осуществленная пос-
редством одного реле прямого действия, вклю-
ченного на линейное напряжение. Для защиты
могут быть использованы, . например, реле,
встраиваемые в ручные автоматические приво-
ды типа КАМ завода „Электроаппарат" (см.
гл. И, § 10). Последнее, без переделки, не имеет
выдержки времени. Схема допускается для
неответственных двигателей с фазным ротором,
пусковой момент которых больше момента
сопротивления. Ее существенным недостатком
помимо отсутствия выдержки времени является
возможность отказа при некоторых замыканиях
между двумя фазами.
10. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ СИНХРОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ВЫПАДЕНИЯ ИЗ СИНХРОНИЗМА
Для защиты синхронных двигателей от вы-
падения из синхронизма могут быть использо-
ваны рассмотренные выше защиты от перегру-
зок (максимальная токовая с зависимой харак-
теристикой и термическая) или минимального
напряжения.
Основным принципиальным недостатком пер-
вых, отстраиваемых по времени от пусковых
токов, являются для ряда случаев нежелательно
большие выдержки времени. У вторых затруд-
нительно подобрать необходимые характеристи-
ки выдержки времени, соответствующие вре-
мени, с которым двигатель выпадает из синхро-
382
низма при различных остаточных напряжениях
на зажимах его статорной обмотки.
В последние годы был предложен ряд
специальных защит двигателей от выпадения
из синхронизма.
К их числу относятся следующие:
1) защита, реагирующая на cos<p;
2) защита, реагирующая на пульсацию тока или ак-
тивной мощности в цепи статора;
3) защита, реагирующая на появление переменного
тока в обмотке возбуждения;
4) максимальная токовая защита с зависимой (или
независимой) характеристикой и специально подобранны-
ми параметрами.
Защита, реагирующая на cos <р. Нормально синхрон-
ный двигатель обычно работает с перевозбуждением, от-
давая реактивную мощность в систему. В случае выпа-
дения из синхронизма двигатель начинает потреблять
реактивную мощность из системы. Таким образом знак cos <p
изменяется, что может быть использовано для работы
соответствующего реле. Такое реле выполнялось в США
для действия при отстающем cos <p = 0,6 [Л. 7]. Широкого
распространения оно, однако, пока не получило, в част-
ности, надо полагать, в связи со следующими недостатка-
ми, которые не являются, однако, весьма существенными:
1) неприменимостью для случаев работы двигателя с не-ш
довозбуждением; 2) неправильной работой при снижении
по каким-либо причинам тока возбуждения двигателя,
работавшего нормально с опережающим cosqp.
Защита, реагирующая на пульсацию тока или
активной мощности в цепи статора. Защита действует
после определенного, заранее, установленного числа цик-
лов асинхронного хода. Число циклов подсчитывается или
специальным счетчиком числа периодов или посредством
специальных схем, осуществляемых с помощью проме-
жуточных реле.
На фиг. XII, 34 в качестве примера приведена схема
со счетчиком циклов, выполненным с помощью проме-
жуточных реле [Л. 8].
После первого замыкания контактов, чем бы оно ни
было вызвано, пускового токового реле Д имеющего ток
трогания больше максимального рабочего, срабатывает
промежуточное многоконтактное реле 2, посылающее через
нижний замыкающий контакт импульс на промежуточное
реле 3, включенное по схеме самоблокировки (подает плюс
на свою обмотку через собственный замыкающийся кон-
такт).
После возвращения контактов пускового реле / в
исходное положение контакты реле 3 остаются замкну-
тыми. Через средний нормально замкнутый контакт реле 2
и верхний замкнувшийся контакт реле 3 подается плюс
на промежуточное реле 4, которое, сработав*, также за-
мыкает свои контакты.
Если устройство приходило в действие, например,
вследствие короткого замыкания в системе, схема в целом
действовать далее в направлении срабатывания не будет
и возвратится в исходное положение после работы реле
времени 6 с нормально замкнутым контактом, получаю-
щего питание через контакты реле 3.
При выпадении двигателя из синхронизма пусковое
реле замыкает контакты в каждом цикле асинхронного
хода. При втором цикле действует промежуточное реле 6\
получая импульс через контакты реле 2, 4. После воз-
вращения пускового органа в исходное положение через
контакты реле 2, 6 подается импульс на последнее про-
межуточное реле 7, которое срабатывает и самоблоки-
руется. В начале третьего цикла после действия реле 1 и
2 импульс постоянного тока проходит через замкнувшиеся
ранее контакты реле 7 и устройство таким образом сра-
батывает. Для предотвращения работы устройства при
качаниях с большим периодом (например, при синхрон-
ных затухающих качаниях) в схему введено реле време-
ни 8 с нормально замкнутым контактом, приводимое в
действие пусковым органом Л Если период качаний пре-
восходит заданную величину, реле 8 успевает сработать
и в каждом цикле деблокировать схему.
Выдержка времени /8 реле 8 и принятое для сраба-
тывания устройства число циклов п определяют также
время действия реле 5, которое должно быть несколько
больше nts.
Рассмотренная схема имеет следующие недостатки:
1) относительно сложна; 2) требует специальной регули-
ровки и подбора реле для обеспечения четкой работы
при малых периодах качаний; 3) может не подействовать
при выпадении из синхронизма, обусловленных исчезно-
вением тока возбуждения (например, при разрыве цепи
возбуждения) или уменьшением последнего, так как прк
этом колебания тока во времени снижаются.
Фиг. ХН.34. Принципиальная схема защиты
синхронного двигателя от выпадения из син-
хронизма, реагирующая на пульсацию тока-
в цепи статора.
В качестве пускового органа в схеме предлагалась
также комбинация максимального токового реле и реле
активной мощности, которая изменяет свой знак за каж-
дый период асинхронных качаний [Л. 9].
Защита, реагирующая на появление пере-
менного тока в обмотке возбуждения. Для
действия защиты используется переменный
ток, возникающий в обмотке возбуждения
двигателя, перешедшего в асинхронный режим
работы. В цепь возбуждения (фиг, XII, 35)
включается трансформатор тока, к вторичной
збмотке которого присоединяется максималь-
ное токовое реле с выдержкой времени; по-
следняя необходима для отстройки от перемен»
ных токов, возникающих в цепи возбуждения
при внешних несимметричных замыканиях;
появление этих токов объясняется наличием
магнитного потока отрицательной последова-
тельности, который пересекает обмотку воз-
буждения двигателя с частотой /2=s2/=2/.
Недостатками схемы являются: практическая
затруднительность подбора наивыгоднейших
для нее параметров оборудования и уставок.
В частности, здесь приходится считаться с
трансформацией токов низкой частоты (при
небольших скольжениях), возможностью насы-
щения трансформатора тока постоянным токо*:
возбуждения и т. д. В связи с указанным эта
защита, поставляемая ХЭМЗ, в эксплоатации
распространения пока не получила.
383
Максимальная токовая защита с зависи-
мой характеристикой. Максимальное токовое
индукционное реле с зависимой характеристи-
кой также может реагировать на пульсирую-
щие токи в статоре двигателя, выпавшего из
синхронизма. Однако наибольшее действующее
значение пульсирующего тока., достаточное
для срабатывания реле, оказывается больше
тока трогания, определенного для постоянной
величины его действующего значения (для
реле ИТ-81 ХЭМЗ в два—четыре раза, в зави-
От аВтомта
пуска
Разрядное
сопротивление
Фиг. ХН,Зб. Принципиальная схема
специальной максимальной токовой
защиты синхронного двигателя от вы-
падения из синхронизма (с независимой
характеристикой).
От возбудителя
Фиг. ХИ,35. Принци-
пиальная схема защиты
синхронного двигателя
от выпадения из син-
хронизма, реагирующая
на появление перемен-
ного тока в обмотке
возбуждения.
ошости от периода асинхронных качаний,
для реле ИТ-11 ХЭМЗ приблизительно в д&а
раза). Выдержка времени реле при наибольшем
действующем значении пульсирующего тока
соответствует при этом времени действия реле,
примерно при 50% значении тока постоянной
действующей величины [Л. 10].
Ток трогания и выдержка времени защиты
должны быть выбраны так, чтобы было пред-
отвращено ее срабатывание при: 1) внешних
коротких замыканиях; 2) реально возможных
в условиях эксплоатации перегрузках; 3) син-*
хронных или самоликвидирующихся асинхрон-
ных качаниях.
Основным достоинством защиты является
ее простота. К недостаткам следует отнести
зависимость чувствительности защиты от со-
отношения между реактансом защищаемого
двигателя и реактансом генерирующей части
384
системы, приведенным к зажимам двигателя.
При относительно большой мощности двигателя
защита может работать недостаточно надежно
или вообще отказывать в действии.
Максимальная токовая защита с незави-
симой характеристикой. Схема, состоящая из
мгновенного токового реле и реле времени,
при выпадении из синхронизма, как правило,
срабатывать не будет, так как контакты токо-
вого реле будут пульсировать в такт с коле-
баниями тока в статоре.
Для обеспечения действия защиты
при асинхронном ходе в схему
(фиг. XII, 36) между токовым реле и
реле времени дополнительно вклю-
чается специальное промежуточное
реле, работающее мгновенно на за-
мыкание и с выдержкой времени на
размыкание контактов. Эта выдержка
времени должна быть выбрана так,
чтобы реле не успевало возвратиться
в исходное положение между двумя
следующими друг за другом макси-
мумами тока качаний, когда токовое
реле возвращается в исходное поло-
жение.
В этом случае при асинхронном
ходе двигателя обеспечивается бес-
прерывная подача + на реле времени,
которое и срабатывает с установлен-
ной выдержкой времени.
Схема в некоторых случаях обла-
дает несколько большей четкостью
действия, чем схема с токовыми
реле, имеющими зависимую характе-
ристику. Недостатком ее по сравне-
нию q последней является затрудни-
тельность выбора промежуточных
реле с достаточно большим временем
возврата. Из реле ХЭМЗ для указан-
ной цели наиболее подходят элек-
тромагнитные реле типа РЭ, применяемые
в схемах автоматики.
Все рассмотренные схемы защит обладают
теми или другими недостатками. Однако экс-
периментально они еще недостаточно изучены.
Поэтому обоснованно установить наилучшую
из них в настоящее время еще затруднитель-
но. Однако там, где это допустимо по чув-
ствительности, было бы целесообразно исполь-
зование наиболее простой токовой защиты с
зависимой характеристикой.
Сочетание защит с автоматикой пуска
двигателей. Синхронные двигатели с асинхрон-
ным пуском имеют в ряде случаев достаточно
сложные схемы для автоматического запуска.
В эти схемы, в частности, входит устройство
для подачи возбуждения при достижении
двигателем скорости, близкой к синхрон-
ной. Оно переключает обмотку возбуждения
с разрядного сопротивления на возбуди-
тель.
Рассмотренные выше специальные защиты
могут срабатывать при развороте двигателя.
Отстройка их от возникающих при этом токов
приводит к нежелательному или даже недо-
пустимому загрублению защиты.
Так, например, специальная токовая защита
с зависимой характеристикой, отстроенная от
пусковых токов, обладала бы примерно теми
же показателями, что и рассматривавшийся
выше вариант токовой защиты двигателей от
перегрузок.
Поэтому специальные защиты двигателей
от выпадения из синхронизма блокируются с
устройствами подачи возбуждения и вводятся
в работу мгновенно или с некоторой задерж-
кой после включения обмотки возбуждения
на возбудитель.
При выпадении двигателя из синхронизма
защиты могут действовать на его отключе-
ние (возможен вариант с последующим авто-
матическим включением двигателя) или пере-
вод в пусковое положение и в случае необ-
ходимости на разгрузку для обеспечения усло-
вий, облегчающих обратное втягивание в син-
хронизм, если выпадение из него не было
обусловлено неисправностями в цепи возбуж-
дения. Чаще всего идут по второму пути*
Если двигатель по тем или иным причинам
обратно в синхронизм не втягивается, он дол-
жен быть автоматически отключен. Для этого
могут быть использованы устройства, контро-
лирующие длительность пуска защиты от
сверхтоков, и т. д.
В некоторых схемах для защиты двигателя
в рассматриваемом режиме используются спе-
циальные защиты его демпферных обмоток,
действующие на отключение.
11. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ ДЕМПФЕРНЫХ ОБМО-
ТОК СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Демпферные обмотки синхронных двигателей рассчи-
тываются на кратковременный ток, так как в нормаль-
ных условиях эксплоатации они находятся под током
только во время пуска.
При выпадении двигателя из синхронизма и переводе
ею при этом в пусковой режим оз случае затянувигегося
обратного втягивания в синхронизм демпферная обмотка
может недопустимо перегреться.
То же может иметь место при затянувшемся пуске
двигателя.
Косвенной защитой от недопустимого перегрева демп-
ферной обмотки служат, например, рассмотренные выше
защиты от ссерхтоков. Однако их параметры трудно по-
добрать так, чтобы они соответствовали тепловой харак-
теристике обмотки:.
Под тепловой характеристикой в данном случае обыч-
но понимается зависимость максимального допустимого
времени асинхронной работы двигателя от величины его
скольжения. На фиг. XII, 37 в виде примера приведена
тепловая характеристика, даваемая фирмой GEC [Л. 11].
Принципиально наиболее совершенная защита может быть
осуществлена с использованием термических реле. В свя-
tce*
4UU
КО
120
80
40
1
0,8
о,в
ОА 0,2 , OS
Фиг. XII.37. Пример те-
пловой характеристики
демпферной обмотки
синхронного двигателя
по данным GEG.
зи с невозможностью включения
этих (реле на ток демпферной об-
мотки они присоединяются к об-
мотке возбуждения.
Для исключения влияния на
работу реле постоянного тока
цели возбуждения указанное при-
соединение осуществляется через
трансформатор тока, как в защи-
те от выпадения из синхронизма
по фиг. XII, 35, или параллельно
реактору (фиг. XII, 38), представ-
ляющему малое сопротивление для
постоянного тока и большое для
переменного. При срабатывании
защита должна действовать на
отключение двигателя. Следует,
однако, отметить, что подбор не-
обходимых характеристик терми-
ческого реле в данном случае
также затруднителен и сущест-
вующие реле обладают примерно
теми же недостатками, что и при
термической защите статоров.
От возбудителя
Фиг. ХН,38. Пример
термической защиты
демпферной обмотки
синхронного двигате-
ля, включаемой в цепь
возбуждения парал-
лельно реактору.
12. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ СИНХРОННЫХ
КОМПЕНСАТОРОВ
Синхронные компенсаторы являются машинами боль-
шой мощности, измеряемой обычно тысячам киловольт-
ампер и более. Поэтому на них целесообразно устанавли-
вать примерно те же защиты, что и на генераторах той
же мощности.
В настоящее время на компенсаторах мощностью
7 500 kVA и выше рекомендуется устанавливать [Л. 12]:
1) быстродействующую защиту от многофазных замы-
каний (продольную диференциальную токовую);
2) быстродействующую защиту от замыканий между
витками одной фазы (при наличии у статорной обмотки
параллельных ветвей с выведенными концами);
3) защиту от однофазных замыканий на землю;
4) защиту от сверхтоков, обусловленных перегрузка-
ми (максимальная токовая защита в одной фазе, дей-
ствующая на сигнал);
5) устройство для автоматического гашения магнит-
ного поля.
25 Редейная защипа
385
Выпавший из синхронизма компенсатор, не имеющий
значительного противодействующего момента, часто сам
при восстановлении напряжения в системе втягивается
обратно в синхронизм.
Поэтому защиту от выпадения из синхронизма допу-
стимо не устанавливать.
При установке защиту целесообразно осуществлять
по упрощенным схемам с действием на сигнал. К приме-
нению могут быть рекомендованы рассмотренные в § 10
этой главы максимальные токовые защиты с независимой
или зависимой характеристикой выдержки времени.
Фильтры
положительной
погледоватедь-*
иости
Фиг. ХП,39. Принципиальная однолинейная схемазащиты
минимального напряжения для синхронных компенсато-
ров с использованием фильтров напряжения положитель-
ной последовательности.
Особо стоит вопрос об установке на компенсаторах
защиты от сверхтоков,- обусловленных внешними корот-
кими замыканиями (замыкания на шинах, к которым при-
соединен компенсатор, и на фидерах, отходящих от этих
шин, при отказе в действии их защит или выключателей).
Компенсаторы имеют значительное время выбега. По-
этому при отсутствии на них зящит, действующих при
внешних коротких замыканиях, неотключаемых защитами
других элементов, токи в месте повреждения, определяе-
мые э. д. с. компенсатора, могут иметь значительную
длительность.
Для отключения компенсаторов в этих случаях мог-
ла бы быть использована устанавливаемая обычно на ге-
нераторах (см. гл. VIII, § 6) защита минимального на-
пряжения с токовой блокировкой. Однако она достаточно
сложна.
Поэтому при наличии защиты шин, к которым присо-
единен компенсатор, установка на последнем защиты от
внешних коротких замыканий не производится. Защита
шин при срабатывании должна отключать и компенсатор»
При отсутствии защиты шин также можно [Л: 12]
в целях упрощения на компенсаторах защиты от внеш-
них коротких замыканий не устанавливать, учитывая
происходящее затухание тока при их выбеге.
Однако, особенно для компенсаторов большой мощ-
ности, в некоторых случаях такую защиту ставят.
В качестве ее может быть использована защита ми-
нимального напряжения с выдержкой времени большей,
чем у защит от короткого замыкания элементов приле-
гающей части системы. Такой выбор времени действия
защиты обеспечивает ее селективность по отношению
к защитам других элементов системы.
Необходимо учитывать симметричные и несимметрич-
ные внешние короткие замыкания. Поэтому з случае ис-
пользования однофазных реле напряжения они должны
быть включены на все три линейных напряжения.
Для крупных синхронных компенсаторов, неправиль-
ное отключение которых может значительно отразиться
на работе системы, следует учитывать возможность по-
явления неисправностей в цепях напряжения защиты и
ее неправильное действие. Поэтому в таких случаях дол-
жны предусматриваться устройства, предотвращающие
возможность ее неправильного срабатывания.
Обычно в этих целях используются, как и для от-
ветственных двигателей, схемы с двумя комплектами реле
напряжения (см. гл. XII, § 9).
Для их осуществления требуется шесть однофазных
реле напряжения. В связи с этим более целесообразно
применение -схем с трехфазными реле напряжения, реаги-
рующими на площадь треугольника линейных напряжений,
или с однофазными реле, включенными на простейшие
фильтры напряжений, положительной последовательности
{фиг. XII, 39).
Для компенсаторов меньшей мощности в общем слу-
чае следует предусматривать защиты от тех же видов
повреждений и ненормальных режимов работы.
Однако в целях упрощения следует во всех случаях,
где это проходит по чувствительности, использовать для
защиты от многофазных замыканий взамен диференциаль-
ной мгновенную максимальную токовую защиту. Она
должна, как и в защите двигателей, устанавливаться
между компенсатором и шинами и иметь ток трогания,
отстроенный от начального значения тока короткого за-
мыкания на зажимах компенсатора (см. гл. XII, § 5).
Защиту от однофазных замыканий на землю также
в целях упрощения следует устанавливать на указан-
ных компенсаторах только в тех случаях, когда в систе-
ме данного напряжения ток замыкания на землю превы-
шает 10—15 А, которые уже могут значительно повре-
дить машину при достаточной длительности.
ГЛАВА XIII
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОНТАЖ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
I. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Для обеспечения безаварийной работы ре-
лейной защиты в энергосистеме необходимо
иметь следующие условия:
1) правильно выбранную и запроектирован-
ную схему силовой коммутации системы и раз-
мещение основного силового оборудования;
2) правильное выполнение проекта и монта-
жа защиты с учетом требований эксплоатации;
386
3) хорошее качество используемой основ-
ной защитной и вспомогательной монтажной
аппаратуры;
4) четко разработанные положения, руко-
водящие указания, программы и инструкции по
проектированию, монтажу и обслуживанию за-
щиты, применительно к персоналу, имеющему
различное отношение к защите в условиях экс-
плоатации;
5) достаточное количество надлежащей кон-
трольно-измерительной аппаратуры, а также ла-
боратории и мастерские, обеспечивающие не-
обходимые исследования, испытания и ремонт
защитной аппаратуры в условиях эксплоатации
системы;
6) правильный подбор, расстановку личного
состава и организацию службы защиты во всех
ее звеньях применительно к условиям энерго-
системы в целом и к условиям каждого отдель-
ного предприятия, входящего в данную энерго-
систему.
• Таким образом все вопросы, связанные с ор-
ганизацией эксплоатации релейной защиты,
можно разбить на два основных раздела:
1) вопросы проектирования и монтажа за-
щиты;
2) вопросы эксплоатации защиты.
В настоящей главе рассматривается первая
группа этих вопросов.
2. ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ СИЛОВОЙ КОММУТАЦИИ
НА РАБОТУ ЗАЩИТЫ
Известно, что действие всех основных орга-
нов релейной защиты основано на изменении
электрических величин, характеризующих со-
стояние электрической системы или отдельных
ее элементов. Предполагается, что при повреж-
дениях или ненормальных режимах работы си-
стемы эти величины изменяются в значительно
большей мере, чем это может быть допустимо
в условиях нормального режима. С этой точки
зрения и необходимо подходить к определению
условий работы защиты в системе. Если, на-
пример, токи повреждений или ненормальных
режимов в линии или в машине при всех видах
повреждения значительно превосходят токи
максимально возможной нагрузки, допустимой
по условиям безопасности оборудования, то
максимальная токовая защита данной линии
или машины будет работать надежно. Если же
токи повреждения в определенных условиях
могут оказаться меньше токов нагрузки, соответ-
ствующих другим условиям, то без перестройки
параметров данной защиты последняя работать
не будет. Например, если на одну из линий
могут работать или три или один генератор
одинаковой мощности, то, естественно, ток по-
вреждения от одного работающего генератора
может оказаться значительно меньше тока на-
грузки при работе трех генераторов. Или до-
пустим, что три линии работают параллельно
с номинальной нагрузкой. При одновременном
аварийном отключении двух линий третья линия
может отключиться от перегрузки, так как про-
текающая через линию мощность будет пример-
но в три раза превышать ее номинальную мощ-
ность.
Примерно такие же рассуждения могут-быть
отнесены и к другим видам защит. Надежность
25»
работы любой защиты зависит от того, насколь-
ко значительно изменяются ток, напряжение
и их отношение при повреждениях против тех
же величин в нормальных режимах системы»
Степень этих измерений в значительной мере
зависит от схемы силовой коммутации и соотно-
шения мощностей действующего силового оба-
рудования.
Отсюда, естественно, вытекает необходи-
мость при выборе схемы силовой коммутации
системы учитывать условия, обеспечивающие на-
дежное действие намеченных к. установке защит»
3. ТРЕБОВАНИЯ ЭКСПЛОАТАЦИИ К РАЗРАБОТКЕ
ПРОЕКТА И ВЫПОЛНЕНИЮ МОНТАЖА ЗАЩИТЫ
С точки зрения обслуживания зашиты
в условиях эксплоатации все электрические
элементы энергосистемы могут быть разбиты нэ
следующие основные группы:
1) элементы малоответственные, которые
легко могут быть выведены из работы на опре-
деленный период без большого ущерба для си-
стемы и для работы потребителей;
2) элементы ответственные; для проверки
защиты этих элементов возможно выделение
отдельного агрегата и создание искусственным
путем условий, при которых возможно проведе-
ние полной проверки защиты первичным током;
3) элементы, для проверки защиты которых
практически невозможно обеспечить регулярное
выделение отдельного агрегата и искусственна
создать условия, обеспечивающие проведение
проверки защиты первичным током.
Кроме того практически все защиты элемен-
тов системы могут быть разбиты на две группы
с точки зрения их обслуживания дежурным
оперативным персоналом:
1) защиты, операции по обслуживанию кото-
рых не входят в круг обязанностей дежурного
оперативного персонала, за исключением над-
зора за их общим состоянием и положения
блинкеров;
2) защиты, операции по обслуживанию ко-
торых ^ предусматриваются в круге обязанно-
стей дежурного оперативного персонала.
При разработке проекта и при выполнении
монтажа защиты особенности каждой из этих
групп должны быть учтены. Остановимся кратко
на этих особенностях.
К первой группе элементов системы можнс
отнести маломощные двигатели, трансформато-
ры, фидеры и т. п., на которых, как правиле,
установлены весьма простые защиты. Эти эле-
менты могут быть отключены на некоторый
период из работы без ущерба для энергосисте-
мы и для потребителей. При работе элемента
под нагрузкой никаких работ на защитах, как
правило, не производится. Типы установленной
защиты позволяют произвести полную проверку
387'
с помощью специальных нагрузочных трансфор-
маторов или сопротивлений, о которых будет
указано ниже. В схемах защиты перечисленных
элементов никаких дополнительных устройств
кроме основной аппаратуры, составляющей
комплект защиты, не требуется.
Ко второй группе элементов относятся
в основном генераторы и трансформаторы на
станциях. Для проверки защиты возможно вы-
деление отдельного генератора.- Защита прове-
ряется с помощью поднятия с нуля искусствен-
ного короткого замыкания. Дополнительной про-
верки под рабочим током, как правило, не
требуется, за исключением снятия векторной
диаграммы токов и замера токов небаланса,
проводимых в порядке контроля правильности
восстановления схемы защиты. Изменения в схе-
мах защиты (за исключением газовой защиты
трансформаторов) дежурным персоналом не
производятся.
К третьей группе относятся главным образом
шины подстанций, мощные трансформаторные
группы и линии высоковольтных сетей. Регуляр-
ное обеспечение опыта подъема с нуля искус-
ственного короткого замыкания для проверки
защиты этих элементов в большинстве случаев
не представляется возможным по условиям ре-
жима системы и нагрузки потребителей. Провер-
ка защиты таких элементов практически не мо-
жет быть выполнена вне рабочих условий эле-
мента, так как требуемые величины первичных
напряжений и токов нельзя получить искусствен-
ным путем, исходя из условий схемы коммута-
ции и режима работы системы. На таких эле-
ментах проверяемая защита на определенный
период отключается/ от действия на выключа-
тели и в этот период производится ее проверка.
Проверка исправности и проверка изоляции це-
пей трансформаторов тока и напряжения, соеди-
ненных с данной защитой, производится все же
при отключенном защищаемом элементе; однако
необходимо иметь в виду, что окончательная
проверка защиты производится рабочим током
под нагрузкой защищаемого элемента.
Ошибочное отключение элемента может при
этом привести к аварии. Поэтому при проведе-
нии проверки защиты должны быть приняты все
меры предосторожности, исключающие возмож-
ность ошибочного отключения элемента.
С точки зрения обслуживания защитных
устройств дежурным оперативным персоналом,
как указывалось выше, все защитные устрой-
ства можно разбить на две группы. К первой
группе относятся практически все диференциаль-
иые защиты генераторов и трансформаторов (за
исключением газовой защиты последних), про-
стые защиты фидеров, двигателей и т. п. Вме-
шательство оперативного персонала в схему за-
щиты перечисленных элементов требуется лищь
л редких случаях. Обычно же в обязанности
388
оперативного персонала по обслуживанию этих
защит входит только надзор за их общим со-
стоянием и за состоянием соответствующего
положения блинкеров.
Ко второй группе относятся защиты, кото-
рые требуют или некоторых переключений в схе-
мах или изменения параметров настройки при
изменении режима работы системы или отдель-
ных ее элементов, в то время как защищаемый
элемент системы не может быть выведен из ра-
боты для проведения соответствующих, измене-
ний в схеме защиты.
К этой группе относится большинство слож-
ных линейных защит, некоторые защиты сило-
вых трансформаторов, синхронных компенсато-
ров, шиносоединительных выключателей и т. п.
Возможность безошибочного проведения необ-
ходимых операций с защитами должна быть
предусмотрена при разработке проекта и выпол-
нении монтажа защиты. Поэтому к разработке
проекта и выполнению монтажа перечисленных
защит эксилоатация предъявляет особые требо-
вания, которые в основном могут быть сведены
к обеспечению следующих условий:
1) каждая защита должна резервироваться
наличием других защит, максимально ее заме-
няющих;
2) каждая из защит может быть выведена из
работы при оставлении в работе всех других
защит, ее заменяющих;
3) при невозможности заменить действую-
щую защиту нормально включенными защитами
необходимо иметь комплект нормально отклю-
ченной защиты, включением которой можно за-
менить защиту, выводимую из работы;
4) выполнение всех операций, связанных
с отключением, проведением проверки и обрат-
ным включением в работу каждой из защит, не
должно требовать отключения или изменения
условий работы всех других защит, установлен-
ных на данном элементе системы;
5) выполнение всех перечисленных выше
операций должно быть максимально доступным,
наглядным и простым, с тем чтобы исключить
возможность ошибочного действия персонала
при их выполнении.
Чтобы обеспечить пеоечисленные требования,
при разработке принципиальных и монтажных
схем, а также при выполнении монтажа защиты
должны быть предусмотрены:
1) наличие соответствующих защит, макси-
мально заменяющих защиты, выводимые в про-
верку;
2) соответствующее распределение защит по
обмоткам трансформаторов тока» цепям постоян-
ного тока и цепям трансформаторов напряже-
ния с максимальным обеспечением проведения
свободного отключения, проверки и обратного
включения одних защит, не затрагивая других;
3) соответствующее распределение всех вто-
ричных цепей защиты на клеммниках, позволяю-
щее проводить необходимые операции с цепями
одних защит, не затрагивая цепей других защит;
4) соответствующая компановка и размеще-
ние комплектов релейной и вспомогательной
аппаратуры на панелях защиты, исключая не-
обходимость или возможность ошибочного вме-
шательства в проводку или аппаратуру других
комплектов при проведении проверки аппарату-
ры какого-либо комплекта защиты;
5) соответствующая система надписей и
условных обозначений на панелях, реле, вспо-
могательных переключательных и сигнальных
устройствах, клеммах, проводах и кабелях,
исключающая возможность ошибочного вмеша-
тельства в комплекты других защит при выпол-
нении проверки какого-либо комплекта защиты;
6) соответствующая конструкция вспомога-
тельных устройств, максимально упрощающая
действия персонала при выполнении переключе-
ний схемы защиты и максимально обеспечиваю-
щая надежность защиты.
Перечисленные выше требования практически
не являются сложными и не требуют затраты
больших средств на их проведение. Вопрос за-
ключается только в том, чтобы при разработке
проекта и выполнении монтажа защиты эти тре-
бования были учтены. В качестве примера ниже
приводится один из возможных вариантов ком-
пановки отдельных защит, относящихся к одно-
му защищаемому элементу системы. Рассматри-
ваемый элемент представляет собой трехобмо-
точную трансформаторную группу большой мощ-
ности и напряжением 220/110/6,6 kV. С точки
зрения защиты трансформатор работает весьма
в тяжелых условиях, когда токи нагрузки и то-
ки повреждения сильно изменяются по величи-
не в зависимости от изменения режима работы
системы. Поэтому максимальные токовые ре-
зервные защиты имеют блокировки минималь-
ного напряжения. На трансформаторе установ-
лены следующие защиты:
1) диференциальцая токовая защита, общая
для всех трех обмоток;
2) газовая защита;
3) максимальные токовые резервные защиты,
установленные со стороны каждой обмотки;
4) защита от замыканий на землю, уста-
новленная со стороны обмотки 110 kV;
5) защита от замыканий на землю, уста-
новленная со стороны обмотки 6,6 kV;
6) импедансная 'защита шин 6,6 kV.
Таким образом всего на трансформаторе
установлено пять комплектов защиты, не счи-
тая тото, что каждая максимальная токовая за-
щита по существу состоит из двух комплектов:
одного — действующего на сигнал и второго —
действующего на отключение. Естественно, все
защиты, вместе взятые, имеют большое коли-
чество аппаратуры и вторичных цепей, связы -
вающих эту аппаратуру между собой, с соот-
ветствующими трансформаторами тока и на-
пряжения, а также с отключающими катушками
выключателей. Аппаратура каждой из защит (га
исключением газовой) должна проверяться
в условиях, когда трансформатор находится
в работе. Трансформатор отключается только
для проверки исправности изоляции цепей;
трансформаторов тока и напряжения, а также
газовой защиты, проверку которых невозможна
выполнять под рабочим напряжением трансфор-
матора.
Ошибочное отключение трансформатора мо-
жет привести к крупной аварии. Поэтому при
проведении проверок защит должны быть при-
няты все меры предосторожности, исключающие
отключение трансформатора.
На фит. XIII, 1 показана лицевая сторона
панелей щита релейной защиты* на которых
расположена вся аппаратура, относящаяся к за-
щите данного трансформатора. Из чертежа вид-
но, что при правильном распределении аппарату-
ры на панелях щита релейной защиты возмож-
ность ошибок персонала становится маловероят-
ной. Каждый комплект защиты представляется
вполне законченным. Если провести цветной
краской показанные на чертеже пунктиром
линии между потоками проводов с задней
стороны панелей, комплект каждой защиты
получается резко выделенным и строго ограни-
ченным. Поэтому при проверке каждого ком-
плекта защиты персоналу нетрудно соблюсти
условия невмешательства в аппаратуру или про-
водку, принадлежащую к комплектам других
защит, находящихся в работе.
Для вывода комплекта защиты из работы
в первую очередь необходимо отсоединить его
от провода, идущего на отключающую катушку
выключателя.
Отключение или вывод защиты из работ!с
можно произвести разными способами: или не-
посредственно на сборном клеммнике или с по-
мощью специального устройства, расположен-
ного на панели защиты. Учитывая, что отключе-
ние защиты может потребоваться в аварийно3
обстановке, когда все действия персонала долж-
ны быть максимально четкими и быстрыми,
вменять в обязанность дежурному персоналу
проведение операций на клеммном сборнике
в большинстве случаев недопустимо. Для этой
цели! на панели щита устанавливаются спе-
циальные устройства, выделенные на фиг. XIII, 1
двойной обводкой, с помощью которых дежур-
ный персонал и должен оперировать. Эти опе-
рации весьма просты: перевести ножку переклю-
чательного устройства из одного положения
в другое или, отключить рубильник или какой-
либо другой вид переключательного устройства.
Необходимо отметить, что к этому устройству
389
Итедансн.
'66 kV
-jCX-
ИИ-120
рт-51
9
О
-&\\
От замык.
на
землю 6,6Ш{
38-186
ЭП-231
—сг-
ЭП-241
ЭП-231
ЗП-231
ИМ-143
С?
ЭП-241,
V
Трансформаторная группа 220 hV / 110 kV/6,6 kV
Макс-токовая
6,6 М/
d ИТ-81
d ИТ-81 р
q ит-81 р
ИТ-12
" w •
в
V]
ВУ-51
[эй
[эР92]
Диференциальная
ВУ-25
ВУ-25
ВУ-25
ВУ-25
ВУ-25
ВУ-25
ЭП-231
ЭП-231
—хэ—
г\
КР-121
т
ЗС-91
V
[ЗС-911
Макс — токовая и от
замык. на землю VOW
ввв q ит-81 b
ЭН-69
ИТ-81 Ь
q ит-81 b
ЭН-69;
ИТ-12
ЭН-бб
фтзайыканай
на землю
ЗП-231
—сг-
(ЗС-91||30«|
I3C-91113041
1 4j-Jl'\J"'
38-181
ЗТ-61
И
РП-2
О
Газовая
ЭП-231
ЭП-231
—^—
РУ-1
РУ-1
РУ-1
!ЗС-91||ЗС-92|
I»*ll»*|
., ,,о..-
3C-fn]
3092
1 i/ '
Make-токовая Z2tihV
ввв d ИТ-81
ЭН-69
—о—
d ит-81 р
ЭН-69
—с?—
d ИТ-81
ЭН-69
тэ—
ИТ-81 Р
ЭП^З)
С7
ИТ-12
РП-2
><?
Фиг. ХШ,1. Компановка аппаратуры на панелях защиты.
должны быть предъявлены особые требования
надежности, так как нарушение контакта цепи
в переключательном устройстве может повлечь
сз собой отказ в отключении выключателя.
На фиг. XIII, 2 показана фотография одной из
конструкций такого переключателя. Против
каждого из контактов должна быть сделана
надпись, например, «отключение» и «сигнал».
В соответствии с этими надписями и должна
занимать положение подвижная ножка переклю-
чателя.
Устройства, с которыми приходится опери-
Р звать дежурному персоналу на панели защиты,
должны быть четко выделены и обозначены.
Вследствие недостаточного количества обмо-
ток трансформаторов тока нередко встает во-
прос, в токовые цепи каких защит включать
измерительные приборы и в частности ампер-
метры. Известно, что у большинства современ-
ных конструкций реле отсутствуют указатели
наличия нормальных токов, которые по существу
390
Фиг. ХШ,2. Переключательное устройство.
являются указателями исправности токовых це-
пей. С этой точки зрения, казалось бы, является
желательным включать амперметры в цепи за-
щит, показания которых свидетельствовали бы
о целостности их токовых цепей. Однако
с включением дополнительных приборов пони-
жается надежность защиты, так как каждый
Включающая нмапна.
Отключающая кнопка^
rjми чесни и злемемт
Ноленчалгь/и оычаг
Ниитакты
Фиг* ХШ.З. Общий вид защит-
ного автомата.
^Матушка зл&<туо*мигнитпси отсечни*
Фиг. ХШ,4. Защитный автомат.
а — в отключенном положении; б — во включенном положении.
прибор сам по себе представляет ослабленное
место, в котором может быть вызван разрыв
uenw защиты в результате механической не-
исправности или от действия тока. Кроме того
амперметр, как и всякий прибор, требует про-
верки, являющейся дополнительным вмешатель-
ством персонала в цепи защиты, что приводит
к увеличению возможности появления неисправ-
ности и увеличения общего времени, в течение
которого защищаемый объект остается без дан-
ной защиты. Иногда с целью разделения цепей
применяются специальные промежуточные транс-
форматоры тока с отношением первичного то-
ка ко вторичному, равным единице. Первичная
обмотка такого трансформатора включается
в цепь защиты, £ ко вторичной обмотке при-
соединяются измерительные приборы. Однако
включение промежуточных трансформаторов
увеличивает нагрузку на основных трансформа-
торах тока, что также не всегда является до-
пустимым. Надо различать назначение измери-
тельных приборов и аппаратов защиты, а также
последствия, которые могут быть вызваны их
неисправностью или неправильным обслужива-
нием. Назначением измерительных приборов
является контроль режима, и неисправность
прибора не вызывает необходимости немедлен-
ного отключения оборудования. Назначением
аппаратов защиты являетсяч контроль за не-
исправностью оборудования и охрана его от
появления или развития возникших в нем
повреждений. Поэтому аппарат защиты 'автома-
тически отключает оборудование от действую-
щей системы. С другой стороны, ошибочное
действие аппарата защиты мбжет вызвать не-
нужное отключение основного оборудования и
таким образом явиться причиной аварии в си-
стеме или наоборот: отказ в действии аппарата
защиты может явиться причиной разрушения
оборудования при возникновении повреждения
в последнем. Чтобы предупредить возможность
возникновения аварии по вине самой защиты,
необходимо максимально исключить возмож-
ность появления таких условий для защиты, при
которых она может вызвать аварию или ее раз-
витие. С этой целью следует, с одной стороны,
максимально исключить необходимость вмеша-
тельства 'персонала в аппаратуру и цепи защи-
ты и, с другой стороны, в той части, в которой
это является необходимым, максимально упро-
стить ориентировку и действия персонала.
С этой целью рекомендуется располагать на па-
нелях защиты только аппаратуру, относящуюся
непосредственно к защите, а всю^ контрольно-
измерительную аппаратуру, температурную сиг-
нализацию и т. п. выделять на панели контроля
и управления. В случаях вынужденной необхо-
димости иметь; общие токовые цепи для прибо-
ров измерения и защиты измерительные при-
боры следует включать в те цепи защит, разрыв
которых не вызывает возникновения или разви-
тия аварий. Выбор таких защит должен решать-
ся для каждого случая отдельно.
< Цепи напряжения и цепи постоянного тока,
питающие приборы защиты и контрольно-изме-
рительные приборы, рекомендуется разделять
391
отдельными предохранителями или
специальными защитными автома-
тами.
С точки зрения быстроты дей-
ствия и удобства обслуживания за-
щитные автоматы имеют значитель-
ные преимущества против плавких
^предохранителей.. При перегорании
предохранителя последний должен
быть заменен точно тжим же пре-
дохранителем. При срабатывании
защитного автомата его рабочее
положение «восстанавливается про-
стым -нажатием кнопки. На фйг.
XIII, 3 «показан общий вид одной
из разновидностей защитного ав-
томата, а на фиг. XIII, 4а ж XIII, 46—
его «электрическая >и кинематическая
-схемы во включенном и отключен-
ном «положениях. Защитный авто-
мат имеет зависимую характеристи-
ку с отсечкой. Зависимая характе-
ристика создается с помощью тер-
мического элемента. Мгновенное
действие ((отсечка) создается с по-
мощью электромагнитика. При не-
значительных превышениях номи-
нального тока действует термиче-
ский элемент автомата при большой
кратности тока — электромагнитик.
Время действия защитного ав-
томата равно порядку 0,25—0,5 пе-
риода переменного тока промыш-
ленной частоты, что имеет большое
значение для предотвращения непра-
вильного действия современных бы-
стродействующих защит при корот-
ких замыканиях во вторичных це-
пях трансформаторов напряжения.
Необходимо отметить, что воп-
рос обеспечения литания защитных
устройств напряжением <и постоян-
ным током является ответственным
и сложным. Рассмотрение его (вы-
ходит !за «рамки настоящей книги.
Однако при разработке проекта
защиты этому вопросу должно быть уделено
соответствующее внимание.
4. РАСКЛАДКА И КРЕПЛЕНИЕ ПРОВОДОВ
НА ПАНЕЛЯХ ЗАЩИТЫ
При присоединении реле и раскладке про-
водов на панелях защиты должны быть обеспе-
чены: ♦
1) надежная изоляция проводов и токо-
ведущих частей аппаратуры от железа панелей
и каркасов;
2) отсутствие вибрации проводов и аппара-
туры;
392
К панели ипоабления
От шинок защиты
Фиг. XIII, 5. Монтажная схема комплекта максимальной токовой защиты*
3) простота и удобство обслуживания.
Поставленные требования могут быть выпол-
нены различными способами. Единых правил»
обязательных для всех проектных и строитель-
но-монтажных организаций, не установлено.
Однако имеются некоторые общие положения»
которые необходимо учитывать при проектиро-
вании и монтаже.
Раскладка проводов на панелях защиты. Су-
ществует два широко распространенных спо-
соба расположения проводов на панелях и их
присоединения к зажимам реле:
1) способ с передним присоединением реле;
2) способ с задним присоединением реле.
Под передним присоединением понимается
такое расположение, когда и аппаратура и при-
соединяемые к ней провода располагаются
с лицевой стороны панели. Под задним при-
соединением—такое, когда аппаратура распо-
лагается с лицевой стороны панели, а при-
соединяемые к ней провода — с задней стороны
панели. Тот и другой способы имеют свои отно-
сительные достоинства и недостатки.
Основные достоинства способа с передним
присоединением заключаются в том, что
монтажная схема защиты на панели имеет мак-
симальную наглядность.
На фиг. XIII, 5 приведена панель макси-
мальной токовой защиты фидера 6,6 kV
с передним присоединением реле. Из фиг. XIII, 5
видно, что при хорошей компановке аппаратуры
и раскладке проводов на панели легко просле-
дить за направлением каждого провода от
клеммного ряда до реле и обратно. При нали-
чии дополнительных схем внутренних соедине-
ний каждого реле монтажная схема защиты
в целом на панели легко может быть разобрана.
Эти условия весьма облегчают выполнение про-
верки защиты. Но сказанное в полной мере
остается справедливым только для сравнительно
простых защит.
Правильность схемы сложной защиты практи-
чески все равно не представляется возможным
проверить на-глаз по направлению проводов.
Дополнительная проверка начала и конца про-
водов с помощью звонка или лампы ^ в боль-
шинстве случаев является необходимой. В этих
условиях раскладка проводов с лицевой сторо-
ны в значительной мере теряет свои преиму-
щества. А между тем для нее требуются пане-
ли большего размера, что не всегда допускается
размерами помещения, в котором они могут
быть установлены.
На современных станциях и подстанциях, где
предусмотрены специальные помещения для раз-
мещения щитов релейной защиты, более целесо-
образным является выполнение монтажа с 'зад-,
ним присоединением реле.
С задней стороны панели, где аппаратура
отсутствует, все провода могут быть уложены
в один слой. Наглядность схемы в пределах от
клеммного ряда до мест \юдсоединения к за-
жимам реле может быть обеспечена.
Крепление проводов на железных панелях.
При расположении защитных устройств на
железных панелях необходимо обеспечить на-
дежную изоляцию проводов от железа. В про-
цессе монтажа защиты, провод подвергается
инструментальной обработке: выпрямлению, на-
тяжке, изгибам, зачистке концов, креплению
и т. п. При транспортировке, перебросках и ин-
струментальной обработке возможны местные
нарушения изоляции поовода, например, надло-
мы, проколы и т. п., которые не всегда могут
Прешла»
^Пресшпам
^Скоба железна*
Фиг. ХШ,6. Крепление проводов на скобках.
быть обнаружены осмотром и даже электри-
ческой проверкой в процессе приемки защиты
в эксплоатацию.
Практика эксплоатации показала, что подоб-
ные дефекты изоляции провода могут оставать-
ся невыявленными в течение нескольких лет.
Защита может спокойно работать и с этой сто-
роны не вызывать никаких подозрений. Однако
с течением времени изоляция в месте дефекта
пробивается и вызывает неправильное действие
или отказ в действии защиты, что может при-
вести к возникновению или развитию аварии.
Следует иметь в виду, что изоляция проводов-
должна быть рассчитана не только на номиналь-
ное напряжение источников в цепях вторичной
коммутации, например, аккумуляторной бата-
реи 120 V и т. п. Практикой эксплоатации уста-
новлено, что в цепях вторичной коммутации
могут иметь место перенапряжения нестационар-
ного порядка, достигающие несколько киловольт
по отношению к земле. Поэтому раскладка про-
водов непосредственно на железе панелей не
допускается.
На фиг. XIII, 6, XIII, 7 и XIII, 8 показаны
три способа раскладки и крепления проводов на
железных панелях с обеспечением надежной
изоляции. Провода укрепляются на некотором
расстоянии от панели, имея на всем своем про-
тяжении воздушную изоляцию по отношению
к железу. Различие заключается только в спо-
собе крепления проводов.
На фиг. XIII, 6 провода укладываются на
железных скобах и прикрепляются к этим ско-
бам железными накладками. На фиг. XIII, 7
провода укладываются на железных стержнях,
а на фиг. XIII, 8 укладываются и закрепляются
в специальных прокладках из изоляционного
материала {клицах). Железные скобы и стерж-
ни (фиг. XIII, 6 и XIII, 7) должны буть ме-
ханически устойчивыми, не допускающими про-
гибов и вибрации. Между накладками и ско-
бами (фиг. XIII, 6) и железными стержнями
39S
Фиг. ХЩ,7. Крепление * проводов на стержнях.
Фиг. ХШ,8. Крепление проводов на клицах.
(фиг. XIII, 7) пр0!кладывается слой хорошей
изоляции и притом так, чтобы наличие изоляции
легко контролировалось глазом.
Крепление проводов согласно фиг. XIII, 8 яв-
ляется наиболее надежным. Укрепляющие про-
кладки сами по себе представляют хорошую
изоляцию. Поэтохму провод нигде не может
иметь соприкосновения с железом.
5. КЛЕММНЫЕ СБОРКИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ В ТОКОВЫХ ЦЕПЯХ
Все провода, подходящие к панели защиты
и уходящие от нее, собираются на специальных
клеммных рядах — клеммных сборках, располо-
женных для удобства обслуживания на высо-
те 350—500 mm от пола. Все разъединения и
присоединения проводов при проверках защиты,
как правило, выполняются на этих клеммных ря-
дах. При расположении клеммного ряда следует
394
учитывать ответственность каждой из цепей,
подходящей к панели защиты. Например, нельзя
допускать расположения клеммы плюса от
аккумуляторной батареи рядом с клеммой про-
вода, уходящего на отключение выключателя,
если отключение выключателя производится по-
дачей плюса постоянного тока. Случайное за-
мыкание между этими клеммами, произведенное
концом оголенного провода, падением винта или
отверткой, вызывает отключение выключателя.
Клеммная сборка должна быть выполнена
таким образом, чтобы была обеспечена полная
возможность производить операции с одной из
цепей, йе затрагивая других.
Особые требования предъявляются к клем-
мам токовых цепей. Для измерения тока в цепи'/
как известно, необходимо непосредственно вклю-
чить в эту цепь амперметр. При этом разрыв
вторичной цепи трансформаторов тока является
недопустимым, так как это сопряжено с опас-
ностью для персонала и с возможностью пробоя
изоляции как проводов, так и самих трансфор-
маторов тока. Поэтому клеммы токовых цепей
на клеммной сборке щита релейной защиты
должны быть выполнены таким образом, чтобы
можно было включать и отключать измеритель-
ные приборы без разрыва цепей. Это может
быть достигнуто различными путями с использо-
ванием или без использования специальных
испытательных клемм или специальных испыта-
тельных блоков.
На фиг. XIII, 9а и пунктиром на фиг. XIII, 16
показан способ включения амперметра в то-
ковую цепь защиты без наличия испытательных
клемм специальной конструкции. -
Провод от трансформатора тока закрепляет-
ся винтами а, например, в нижней части клем-
мы 1. К релв провод уходит от верхней части
второй клеммы 2, расположенной рядом
с первой. Соединение между клеммами 1 и 2
выполняется с помощью винтов б и переходной
пластинки д. Образования цепи между провода-
ми, пластинкой и клеммой можно видеть на
фиг. XIII, 96. При желании включить измери-
тельный прибор последовательно в цепь необ-
ходимо произвести следующие операции. Снача-
ла подсоединить и закрепить концы проводов от
прибора к свободным зажимам виг клемм /
и 2. Затем удалить винты б, с тем чтобы нару-
шилось соединение между клеммами 1 и 2 через
переходную пластинку д. Тогда цепь тока от
первой клеммы ко второй остается замкнутой
только через измерительный прибор. Для восста-
новления нормального положения схемы необхо-
димо произвести те же операции, но в обратной
последовательности.
Наиболее наглядно и удобно можно выпол-
нить те же операции при наличии клемм спе-
циальной конструкции. На фиг. XIII, 10а показа-
на металлическая часть одной из разнрвидно-
стей клеммы специальной конструкции для токо- ния. Помимо прочности и чистоты обработки
вых цепей в нормальном рабочем состоянии схе- винт должен иметь (фиг. XIII, Юг): ширину
мы. Как видно из чертежа, основное тело головки 5 -ч- 8 mm для работы с нормальной
клеммы состоит из двух частей; соединение монтерской отверткой; диаметр винта 5 mm;
между ними выполняется с помощью переход- длину винта порядка 10 mm для закрепления
ной пластинки д, закрепляемой винтами б-б двух проводов; коническую форму конца для
А каждой половине основного тела клеммы. На облегчения попадания в нарезку и шейку для
-каждой половине имеется три винта. Под вин-
ты а-а закрепляются концы провода токовой
цепи защиты. Винты б-§ служат для закрепле-
ния переходной пластинки д. Винты в-в в нор-
надежного закрепления проводов малого сече-
ния и пластинчатых перемычек.
. Приведенные конструкции испытательных
клемм не являются единственными. Однако, не-
н реле
Фиг. ХШ,9. Включение амперметра при исполь-
зовании зажимов закрытого типа.
Фиг. ХШДО. Включение амперметра при использовании зажимов
открытого типа.
мальных условиях остаются свободными. При
желании включить в рассматриваемую цепь
измерительный прибор необходимо сначала под-
соединить концы проводов от измерительного
прибора свободными винтами в-в9 затем осла-
бить винты б-б и опустить пластинку д. Цепь то-
ка после этого окажется замкнутой только через
прибор, что можно видеть из схемы фиг. XIII, 106.
,При восстановлении нормальной схемы необхо-
димо повторить те же операции, но в обратной
последовательности. Таким образом включение
и отключение измерительного прибора могут
быть произведены без разрыва токовой цепи.
Основным недостатком большинства кон-
струкций испытательных клемм является сравни-
тельная сложность их производства. В последнее
время в Мосэнерго разработана клемма весьма
простой конструкции. Боковой ее вид показан
на фиг. XIII, 10в.
Вследствие того что все соединения и пере-
соединения проводов вторичной коммутации вы-
полняются с помощью винтов, к качеству выпол-
нения винтов предъявляются особые требова-
смотря на разнообразие конструкций, основные
и принципиальные положения для всех остаются
общими.
На фиг. XIII, 9а и б приведена клемма за-
крытого типа, т. е. все латунное тело клеммы,
показанное на чертеже, скрыто в фарфоре. До-
ступными для глаза остаются только головки
закрепляющих винтов а и б и переходная пла-
стинка д |(фиг. XIII, 11). Достоинство такого типа
клеммы заключается в том, что она не требует
выполнения концевых кольчиков для закрепле-
ния проводов.
Такой способ присоединения проводов упро-
щает и ускоряет работу при монтаже защиты.
Однако в клемме закрытого типа имеются весь-
ма существенные недостатки. Основным из не-
достатков является то, что качество проводимой
операции не может быть проконтролировано гла-
зом. Прочность закрепления провода опреде-
ляется отказом в дальнейшем повороте крепи-
тельных винтов. Если же винт окажется не-
исправным или в отверстие провода попадут
осколки фарфора или какой-либо другой посто-
395
ронний предмет, то провод может оказаться
закрепленным плохо, что в конечном итоге при-
ведет к разрыву цепи. Кроме того при плохой
обработке концов закрепляющих винтов воз-
можны нарушения целостности тела провода
(перекусывание) и разрывы цепи*
С целью исключения возможности поврежде-
ния провода винтами некоторые фирмы изготов-
ляют клеммы, у которых зажим провода
в клемме производится не непосредственно
концом винта, а специальной пластинкой,
которая имеет свободное сцепление с винтом
Фиг. ХШД1. Клеммная сборка с зажимами закрытого
типа.
Фиг. ХШ.12. Зажим зажимной пластикой.
(фиг. XIII, 12). Однако такая конструкция клем-
мы получается весьма сложной для изготовле-
ния.
В клемме открытого типа, показанной на
фиг. XIII, 10 а и б, подобные недостатки отсут-
ствуют. Латунное тело клеммы и винты, зажи-
мающие провод, остаются открытыми для глаза
(фиг. XIII, 13). Следовательно, всякая операция
по отсоединению и обратному присоединению
проводов евободно может быть проконтролиро-
вана глазом. Это в значительной мере повышает
надежность аксплоатации защиты.
С целью упрощения операции при проверках
защиты за последнее время применяются спе-
циальные испытательные устройства, называемые
испытательными (тест) блоками (фиг. XIII, 14).
Испытательные блоки выполняются многокон-
тактными, так что через каждый из блоков мо-
жет быть одновременно заведено несколько це-
396
пей. Испытательный блок состоит из двух основ-
ных частей. Одна часть является основанием
или корпусом испытательного блока и устанавли-
вается на панели защиты, так же как и реле.
Вторая часть представляет собой вставку (кон-
трольный штепсель), используемую или для раз-
рыва цепей напряжения и постоянного тока
или для подсоединения приборов на период про-
изводства замеров в цепях тока.
Через контакты корпуса испытательного
блока заводятся цепи защиты при монтаже и
так остаются на все время нормальной работы.
Фиг. Х1ИДЗ. Клеммная сборка с зажимами открытого
типа.
Фиг, ХШД4. Общий вид испытательного блока в разом-
кнутом положении.
Если необходимо произвести замеры токов
в определенных цепях, провода от измеритель-
ного прибора заранее присоединяются к соот-
ветствующим контактам контрольного штепселя,
после чего контрольный* штепсель вкладывается
в основание испытательного блока. При этом
контакты испытательного блока автоматически
сначала замыкают цепь на прибор, а затем раз-
мыкают контакты корпуса испытательного бло-
ка. Таким образом включение прибора осу-
ществляется без разрыва токовой цепи. При
вынимании' контрольного штепселя явления
происходят в обратном порядке. На фиг. XIII, 15
показана схема для испытания реле мощности
с помощью испытательного блока. Испытатель-
ные блоки очень удобны и значительно уско-
ряют процесс испытания защиты. Однако при
их установке необходимо обращать внимание
на регулировку и прочность их контактов, с тем
чтобы обеспечить надежность соединения це-
пей.
€. МАРКИРОВКА ВТОРИЧНЫХ
ЦЕПЕЙ ЗАЩИТЫ
Элементы, ©ходящие в схе-
му защиты, территориально- рас-
положены !в различных (местах.
Соединения отдельных элемен-
тов .в общую схему защиты
производятся с шомощью про-
водов и (Кабелей. При обслу-
живании защиты доступными
для глаза практически являют-
ся только панели защиты и
концы жил кабелей «а ослемм-
ных сборках. При весьма боль-
шом количестве проводов,
клемм и кабелей система их
условных обозначений/ назы-
ваемая маркировкой, имеет
большое значение для обслу-
живания защиты. Основное
требование, предъявляемое к
маркировке, заключается в
том, чтобы маркировка была
простой -и понятной. Это в
значительной мере ускоряет
процесс работы и исключает
возможность ошибок. Системы
маркировки весьма разно-об-
разны; наиболее характерными
из них являются: 1) цифровая,
2) символическая и 3) буквен-
яо-смысло'вая.
При цифровой системе за
каждым наименованием, отно-
сящимся к элементу оборудо-
вания, закрепляется отщельная
цифра. Эта цифра надписы-
вается на /клеммах и проводах
во всех местах, где персоналу
(Приходится работать с этими
цепями. В результате полу-
чается целая система цифро-
вых знаков, зная которые пер-
сонал имеет возможность ра-
зобраться в схеме защиты и
определить .направление любо-
го поовода или кабеля.
При символической системе
обозначений \ на клеммах и
проводах надписываются соот-
ветствующие условные знаки,
принятые при исполнении про-
екта.
В табл. ХШ, 1 приведено несколько часто
употребляемых символов, расшифрованных в ее
правой графе.
Для иллюстрации использования этой систе-
мы на фиг. XIII, 16 приведена монтажная схема
продольной диференциальной токовой защиты
** > ^ S ?
<Ъ - °0 § ^
С? Cs <Ъ 5 2? i
генератора, из которой видно, что на каждой из
клемм клеммной сборки, расположенной не-
посредственно внизу панели, нанесены опре-
деленные условные знаки. Зная смысл каждого
знака, легко определить направление каждого
провода, отходящего от данного клеммника, как
397
IT
Ячейка
N15
Условные знаки
Фиг. XHI,i6. Монтажная схема продольной
диференциальной токовой защиты генератора
с нанесением символической маркировки.
в>стороцу панели, так и в сторону соединитель-
ных кабелей. Например, кабель, соединяющий
группу внешних трансформаторов тока генера-
тора с панелью диференциальной защиты на
щите управления, имеет знаки: 15 Г, 24 Щ, 1.
Смысл этих обозначений в данном частном
случае заключается в следующем: кабель № 1
соединяет ячейку № 15 Г генератора с панелью
№ 24 Щ щита управления. *
Все жилы, отходящие от клеммника вниз,
объединяются несколькими кабелями, которые
< уходят в соответствующих направлениях.
Каждая жила, заключенная в данный кабель,
также имеет свой условный знак. Например,
условный знак трансформатора тока означает,
что противоположный конец данной жилы ка-
беля присоединен к трансформатору тока;
условный знак реле показывает, что данная
жила присоединяется к соответствующему типу
реле и т. п.
Преимущество цифровой системы перед сим-
волической заключается в том, что она имеет
весьма простое и доступное исполнение. Не-
достаток же цифровой системы состоит в том,
398
Значения
Плюс управления (жесткий)
Минус управления
Контрольная клемма
Контакт постоянного тока
Соленоид отключения
Заземление
Трансформатор напряжения
Трансформатор тока
о
Промежуточное реле
Диференциальное реле
что ее обозначения не напоминают о смысле
принятых знаков. Это затрудняет изучение
цифровых систем, а следовательно, и работу
с ней во вторичных цепях.
Преимущество символической системы за-
ключается в том, что каждый ее знак связан
с хорошо известным и общепринятым символом,
используемым в технической литературе. По-
этому ее изучение и работа с ней во вторичных
цепях облегчаются.
Недостатком символической системы марки-
ровки является трудность ее исполнения.
На фит. XIII, 17 в качестве примера приве-
ден чертеж шестиместного клеммника с нанесе-
нием нескольких знаков маркировки буквенно-
смысловой системы. Эта же система маркиров-
ки использована на схеме, представленной на
фиг. XIII, 5.
Условные знаки КО и KB легко увязываются
со своим значением «катушка отключения» и
«катушка включения». Обозначение цепей тока
фаз Ж, К и 3 условными знаками Тж, Тк и Тз
также вполне понятно и легко запоминается.
В табл. XIII, 2 приведена расшифровка не-
скольких знаков буквенно-смысловой системы.
Примерно таким же путем обозначаются и дру-
гие элементы.
Таблица Х111,2
Окрашен
б красней
цвет ^
Скрашены в зеленый цдет
Условный
знак
Тж
Тк
Тз
То
i
—
Л{ Лг
Зв
Значение
Ток желтой фазы
Ток красной фазы
Ток зеленой фазы
Нулевой провод токовой цепи
Плюс питания цепей защиты
Минус питания цепей защиты
Провод сигнализации положения разъеди-
нителя с помощью лампы соответствен-
но первой и второй системы шин
Звуковой сигнал аварийного отключения
масляного выключателя
AAAi
Скрашен
{(красный
-цвет
Фарфоровая
' бирка
_±j C^j СЮ GL] UL) (№}
Икраихен v ^Окрашен
6 красный. Окрашены в зеленый цвет в красный
цдет цвет
Фиг. XIII, 17. Клеммная сборка с буквенно-смысловог
маркировкой.
При любой системе маркировки большое
дополнительное удобство представляет окраска
проводов. Система цветов может быть самой
различной. При любой системе окраски различ-
ные цепи резко выделяются. Известно, напри
мер, что элементы оборудования, принадлежа-
щие к фазам А, В и С, окрашиваются соответ-
ственно в желтый, красный и зеленый цвета.
В те же цвета дополнительно к маркировке
могут быть окрашены и вторичные цепи.
В качестве второго удобного способа окраскк
проводов применяется система, при которой все
токовые цепи окрашиваются в один цвет, на-
пример, зеленый, цепи напряжения — в желтый,
цепи постоянного тока, имеющие соединения
с плюсом, — в красный, а имеющие соединение
с минусом — в синий цвет и т. п.
Система маркировки с дополнительной
окраской проводов в условные цвета позволяет
свободно разбираться в схемах защиты кг
месте их исполнения.
Хорошо выполненная система обозначений и
выдержанная окраска проводов или концевых
бирок в соответствующие цвета позволяют
сравнительно легко читать монтажную схему
как на щите управления, так и на промежуточ
ных клеммных сборках.
Дать окончательную оценку неоспоримые
преимуществ той или иной системы маркировки
■затруднительно. Каждая из систем в конечном
итоге может быть хорошо разработана и вы-
полнена, так что разбор монтажной схемы не
составит особых затруднений. Важно отметить
только то, что хорошо разработанная и выпол-
ненная система условных обозначений имеет
весьма существенное значение для безаварий-
ной эксплоатации защиты.
399
ГЛАВА XIV
ЭКСПЛОАТАЦИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
1. ОБЪЕМ РАБОТ
Эксплоатация релейной защиты заключает
8 себе следующие основные вопросы:
1) определение соответствия имеющихся или
вновь установленных защит конкретным усло-
виям работы данной энергосистемы или отдель-
ных ее элементов;
2) расчет параметров и настройка защит
на соответствующие параметры применительно
к изменяющимся условиям работы энергосисте-
мы или отдельных ее элементов;
3) разработка программ и инструкций по
обслуживанию и проверкам защит на, местах
установки применительно к конкретным усло-
виям и персоналу, имеющему различное отно-
шение к защите;
4) разработка методов проверки и проведе-
ние проверки защит;
5) контроль за состоянием защит в условиях
эксплоатации;
6) анализ, изучение и учет поведения защит
в различных условиях;
7) реконструкция существующих защит
с тем, чтобы они полнее отвечали требованиям
быстроты и селективности действия, примени-
тельно к условиям работы системы и отдельных
ее элементов.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СООТВЕТСТВИЯ ЗАЩИТ .
УСЛОВИЯМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ И ОТДЕЛЬНЫХ
ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ
В разное время, в разных местах к дей-
ствующей энергосистеме подключаются новые
станции и подстанции. При разработке проекта
новой станции или подстанции разрабатывается
и проект защиты ее оборудования, а также
защиты линий, соединяющих данную станцию
или подстанцию с действующей системой. Для
проектной организации не всегда представляет-
ся возможным учесть все особенности местных
условий и условий работы защиты на участках
системы, к которым подключается проектируе-
мое сооружение. В связи с этим необходимо,
чтобы проекты защиты, исполняемые организа-
циями, согласовались со службой защиты дей-
ствующей энергосистемы. Помимо включения
новых элементов действующая в системе защи-
та должна периодически пересматриваться.
По мере роста и усложнения схемы комму-
тации энергосистемы существующая релейная
защита может оказаться неудовлетворительной
с точки зрения выполнения требований быстро-
ты действия и селективности. В связи с этим
может оказаться необходимой полная замена
400
существующих типов защиты более совершен-
ными. Наиболее целесообразным это оказы-
вается при подключении к действующей систе-
ме новых объектов большой мощности.
3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И НАСТРОЙКА ЗАЩИТ
Расчет параметров защит службой защиты
энергосистемы производится как на вновь вклю-
чаемых, так и на действующих защитах.
Новые защиты могут включаться как на но-
вых, так и на действующих элементах энерго-
системы. Проект установки новых защит может
быть разработан как службой защиты энергоси-
стемы, так и любой проектной организацией.
В случае разработки проекта службой защиты
энергосистемы, естественно, этой же службой
производится расчет и выбор параметров вновь
устанавливаемых защит. Если же проект новой
защиты разрабатывается проектной организа-
цией, то этой проектной организацией произво-
дится и расчет параметров защиты. Однако по
указанным выше причинам служба защиты
энергосистемы обязательно производит кон-
трольный расчет и окончательный выбор пара-
метров защиты, прежде чем включит защиту
в работу. На действующих защитах служба
защиты энергосистемы производит периодиче-
ский контрольный расчет параметров. Периодич-
ность контрольных расчетов определяется из-
менением режима работы системы. Известно,
чхо в летний и зимний периоды действующая
мощность энергосистемы и загрузка отдельных
ее элементов различна. С изменением режима
работы системы изменяются и условия работы
ее защиты. -Применительно к новым условиям и
производится расчет параметров действующих
в системе защит.
4. ИСПЫТАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Испытания релейной защиты в условиях экс-
плоатации разбиваются на две основные группы:
1) исследования и типовые испытания реле и
схем защиты в условиях лаборатории;
2) проверка исправности и соответствия па-
раметров реле и схем защиты заданным харак-
теристикам в эксплоатационных условиях на
местах.
Условия для проведения испытаний в лабо-
ратории и на местах установки защит совершен-
но различны. В соответствии с этим программы
и характер проводимых испытаний защиты в ла-
боратории и на местах также различны.
Лабораторные испытания защиты. В условиях
лаборатории производятся исследования и типо-
вые испытания новых типов реле и схем защи-
ты. Назначение этих испытаний заключается в
выявлении основных параметров данных реле и
схем защиты, поведения этих реле и за-.
щиты при различных условиях в системе, влия-
ния различных факторов на работу отдельных
реле, степени зависимости характеристики реле
от изменения абсолютных величин тока, напря-
жения, частоты, угла сдвига фаз, формы кривой
тока, температуры окружающей среды и т. п.
Выявляется также поведение отдельных реле и
схем защиты в целом при различных видах по-
вреждений в системе, при изменении направле-
ния мощности, при явлениях качания, исчезно-
вении напряжения, тока и т. п. В лаборатории
разрабатываются методы испытаний отдельных
реле и схем защиты на местах, разрабатываются
типовые схемы и конструкции испытательных
устройств, проводятся исследования и разработ-
ка реконструкции существующих типов реле и
схем защиты, а также разрабатываются новые
типы защит в соответствии с конкретными тре-
бованиями данной энергосистемы.
На основании результатов лабораторных ис-
пытаний службой защиты Энергосистемы разра-
батываются программы, конструкции и методы
испытаний защиты на местах применительно к
конкретным условиям каждого места.
Испытания защиты в условиях эксплоатации.
На местах установки защиты, т. е. на станциях
и подстанциях, в условиях эксплоатации, как
правило, не представляется возможным прове-
дение тех испытаний, которые проводятся в ус-
ловиях лаборатории.
Поэтому испытания защит на местах их уста-
новки по существу сводятся к следующему:
1) проверке правильности схемы включения
защиты;
2) проверке исправности как отдельных эле-
ментов защиты, так и всей схемы защиты в це-
лом;
3) настройке отдельных элементов и схемы
защиты в целом на заданные параметры и ха-
рактеристики;
4) проверке постоянства заданных парамет-
ров и характеристик отдельных элементов и
всей схемы защиты в целом.
Применительно к различным условиям про-
верка защиты в условиях эксплоатации имеет
следующие разновидности:
1) проверка защиты при новом включении;
2) полная плановая проверка;
3) частичная плановая проверка;
4) проверка защиты после ревизии основного
оборудования или при переключении защиты на
другие трансформаторы тока и напряжения;
5) послеаварийная проверка.
Каждая из этих разновидностей имеет свои
особенности.
Полная плановая проверка и проверка защи-
ты при; новом включении друг от друга отли-
чаются по существу только тем, что при полной
плановой проверке монтажная схема и основ-
ные параметры всех элементов, входящих в
схему данной защиты, персоналу уже известны,
в то время как при новом включении защиты
персоналу не известны ни соответствие монтаж-
ной схемы принципиальной, ни параметры от-
дельных элементов, входящих в данную схему
защиты. Поэтому при новом включении защиты
персонал предварительно должен изучить прото-
колы лабораторных испытаний каждого элемен-
та защиты и проверить правильность монтажа в
соответствии с принципиальной и монтажной
схемами. При полной плановой проверке и при
новом включении защиты проверяются все эле-
менты, входящие в схему данной защиты. При
частичной проверке защиты проверяются только
те ее элементы, которые наиболее подвержены
возможным изменениям параметров и наруше-
нию исправности. Для каждого типа защиты и
различных условий ее работы программы частич-
ных проверок защиты различны.
Проверка защиты после ревизии основного
оборудования, т. е. выключателей, трансформа-
торов тока и напряжения и т. п., вызывается
тем, что в процессе ревизии или ремонта основ-
ного оборудования могут быть внесены измене-
ния в элементы, от которых зависят параметры
и условия работы защиты.
В соответствии с этим программа проверок
защиты должна предусматривать выявление этих
возможных изменений. Практически для каждой
из описанных выше разновидностей проверки
объем и характер проведения работ заранее из-
вестны. Поэтому для этих проверок заранее мо-
гут быть разработаны типовые и рабочие про-
граммы й инструкции применительно к каждому
типу защиты. Дли послеаварийной проверки за-
щиты невозможно заранее составить определен-
ную типовую программу, удовлетворяющую всем
случаям. Необходимость самой послеаварийной
проверки вызывается той или иной неясностью
в поведении защиты при аварии. Поэтому, пре-
жде чем составить программу проверки защиты,
необходимо изучить все доступные материалы,
характеризующие причины возникновения и ха-
рактер протекания самой аварии. Только после
этого представляется возможным сделать за-
ключение о том, как должна была себя вести
данная защита bi процессе протекания аварии.
На основании этих материалов и может быть
составлена программа для проверки защиты.
5. ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОГРАММЫ
ПРОВЕРКИ ЗАЩИТЫ
Каждая проверка защиты должна заключать
в себе следующие основные части:
1) проверку исправности всего оборудования,
входящего в схему защиты;
-6 Релейная защити
2) проверку основных параметров всего обо-
рудования, входящего в схему защиты;
3) проверку заданных параметров и характе-
ристик отдельных реле и комплекта защиты в
целом;
4) проверку правильности выполнения схемы
защиты;
5) проверку правильности работы отдельных
реле и схемы защиты в целом на отключение
выключателей.
Рабочая программа для каждой защиты, ко-
нечно, должна быть разработана более подроб-
но. В качестве примера в § 6 этой главы при-
ведена типовая рабочая программа проверки
диференциальной защиты трансформаторов с
реле типа КР-121 ХЭМЗ, заключающая в себе
все виды проверок, проводимых в эксплоата-
циоиных условиях € данным типом защиты.
Проверка исправности оборудования состоит
из осмотра механического состояния и электри-
ческой проверки изоляции, сопротивления, коэ-
фициентов трансформации {для трансформато-
ров), проверки механического действия подвиж-
ных элементов реле и т. п.
Проверка параметров для заданных характе-
ристик защиты производится путем соответствую-
щих электрических испытаний, проверка пра-
вильности выполнения схемы — путем проверки
полярности и коэфициентов трансформации
трансформаторов, прозвонки вторичных цепей,
проверки фазировки и, наконец, путем работы
комплекта защиты в делом при * искусственно
созданных в первичных или вторичных цепях
условиях, необходимых для работы защиты. Эти
условия весьма различны для различных типов
защит. '
Проверка изоляций. Изоляция всех токоведу-
щих элементов схемы защиты проверяется как
в части переменного, так и в части постоянного,
тока. Кроме проверки изоляции между отдель-
ными цепями производится проверка изоляции
корпуса реле, панели, каркаса, оболочки кабе-
ля, кожуха выключателя, измерительного транс-
форматора ,и т. п. по отношению к земле. Про-
верка производится с помощью специального
прибора, называемого «меггером». Оборудова-
ние не допускается к включению, если изоляция
его будет ниже, чем это предусмотрено прави-
лами технической эксплоатации электростанций
и сетей. Нормально изоляция любого элемента
защиты не бывает ниже 50 и 100 Мй. Пониже-
ние изоляции ниже норм, предусмотренных пра-
вилами технической эксплоатации, свидетельст-
вует о наличии либо недопустимого отсыреиия
изоляции, либо скрытого дефекта, который дол-
жен быть устранен.
Проверка монтажной схемы. Перед проверкой
защиты необходимо установить соответствие вы-
полненного монтажа монтажной и принципиаль-
ной схемам защиты. На панели защиты мон-
402
Фиг. Х1УЛ. Проверка монтажной схемы с помощью ламп.
Фиг. XIV,2. Проверка монтажной схемы с помощью
телефонов.
тажная схема иногда может быть проверена с
помощью осмотра. В части же жил соединитель-
ных кабелей проверка может быть выполнена
или с помощью прозвонки или с помощью конт-
рольных ламп. Таким же способом проверяется
монтажная схема и на панели сложной защиты,
если установить правильность схемы с помощью
осмотра не представляется возможным.
На фиг. XIV, 1 показана принципиальная
схема проверки жил кабелей с помощью кош-
рольных ламп. Способ проверки понятен из
чертежа и дополнительных пояснений не требу-
ет. С целью безопасности персонала рекоменду-
ется пользоваться не током осветительной сети,
а током пониженного напряжения. Для этого
удобнее всего применять' или специальные транс-
форматоры безопасности со вторичным напря-
жением 12 V или карманные батареи. Если
клеммные сборки I и II фиг. XIV, 1 расположе-
ны в разных помещениях, то производить про-
верку жил кабелей с помощью контрольных
ламп неудобно. В этих случаях удобнее пользо-
ваться телефонами. Поэтому данный способ и
называется «прозвонкой». На каждом конце
кабеля у проверяющего имеется телефон, лучше
всего полевого типа, один из зажимов которого
заземлен (фиг. XIV, 2), второй зажим по пред-
варительной договоренности соединяется с оп-
ределенными клеммами. Клеммы, соединенные
с одной и той же жилой, дадут замыкание це-
пи телефона. Отсутствие соединения найденной
жилы с другими жилами или с землей прове-
ряется поочередным соединением второго зажи-
ма одного из телефонов с клеммами других жил
и с механической конструкцией, имеющей за-
земление.
Способ прозвонки с телефонами удобен тем,
что проверяющие с мест проверки могут вести
разговор о результатах проведенной проверки
циент трансформации с помощью сравнения по-
казаний амперметров однотипных трансформато-
ров под рабочим током не всегда представляет-
ся? возможным.
Коэфициент трансформации трансформаторов
тока может быть проверен с помощью схемы с
нагрузочным и эталонным трансформаторами.
На фиг. XIV, 3 показана схема такой проверки.
Сравнивая показания амперметров, включенных
во вторичные цепи эталонного и испытуемого
трансформаторов тока, можно установить коэ-
,*—<**fo 1ПШП*-
Фиг. XIV,S. Проверка коэфициентов транс-
формации трансформаторов тока.
Фиг. XIV.4. Проверка 'поляр-
ности обмоток трансформатора
тока с помощью батареи.
Фиг. XIV,5. Проверка относительной
полярности вторичных обмоток двух
трансформаторов.
и порядке дальнейших операций. Этим значи-
тельно сокращается продолжительность про-
верки.
Проверка коэфицентов трансформации транс-
форматоров тока и напряжения. Детальные испы-
тания измерительных трансформаторов могут
быть произведены только в условиях лаборато-
рии. Для проверки трансформаторов тока тре-
буются, например, токи большой величины, ко-
торые нормально не представляется возможным
создать в эксплоатационных условиях на местах.
Опыты короткого замыкания под рабочим на-
пряжением системы опасны для системы и при-
меняются только в исключительных случаях. По-
этому все типовые испытания с измерительными
трансформаторами выполняются в лаборатории
завода или энергосистемы. Испытания в экспло-
атационных условиях сводятся по существу
только к проверке исправности трансформато-
ров, отсутствия замыканий между витками, на
корпус и т. д. Исправность трансформатора
устанавливается проверкой изоляции вторичной
обмотки и проверкой коэфициента трансформа-
ции. Коэфициент трансформации трансформато-
ра напряжения контролируется путем сравнения
показаний нормально включенных вольтметров
на параллельно работающих трансформаторах.
Коэфициент трансформации трансформаторов
тока контролируется путем проведения спе- *
циальных проверок. Необходимость таких про-1
верок для трансформаторов тока в отличие от
трансформаторов напряжения объясняется тем,
что не на всех токоведущих элементах силово-
го оборудования имеется одновременно несколь-
ко одинаковых последовательно включенных ч
трансформаторов тока с амперметрами во вто-
ричных цепях. Поэтому контролировать коэфи-
26*
фициент трансформации испытуемого трансфор-
матора. ' Нагрузочный трансформатор служит
только для создания первичного тока достаточ-
ной величины. Первичный ток может быть соз-
дан не только с помощью нагрузочного транс-
форматора, но и другими способами.
Метод проверки коэфициента трансформации
трансформатора тока от этого не изменяется.
Проверка полярности обмоток трансформато-
ров тока. Проверяется (как «полярность одной об-
мотки трансформатора тока по отношению ко
второй обмотке того же трансформатора, так и
полярность обмоток нескольких трансформато-
ров, включенных параллельно или последова-
тельно.
Для проверки полярности первичной и вто-
ричной обмоток одного трансформатора тока
применяется схема фиг. XIV, 4. К первичной об-
мотке трансформатора тока присоединяется ба-
тарея (может быть применена переносная бата-
рея очень малых размеров), ко вторичной чув-
ствительный милливольтметр. К зажимам пер-
вичной и вторичной обмоток трансформатора то-
ка, имеющим обозначение начала, подсоединя-
ются соответственно плюс батареи и зажим
милливольтметра, обозначенный плюсом. Пра-
вильность обозначений плюса и минуса батареи
и милливольтметра предварительно должна быть
проверена по эталонам. Если условные начала
и концы обмоток трансформатора тока обозна-
чены правильно, то при замыкании ключа К в
цепи батареи в течение периода нарастания то-
ка (неустановившийся режим) стрелка милли-
вольтметра отклонится в сторону положитель-
ных показаний шкалы, например, вправо. Если
^обозначения обмоток трансформатора тока не-
правильны,, то стрелка милливольтметра откло-
403
нится в сторону отрицательных показаний шка-
лы. При размыкании ключа К явления будут
обратными. Достоинство способа с батареей за-
ключается в его простоте и доступности.
Одноименность полярности вторичных обмо-
ток нескольких трансформаторов тока может
быть проверена с помощью показаний приборов,
включенных по схеме фиг. XIV, 5. При правиль-
ном обозначении полярностей обмоток двух
трансформаторов тока с равными коэфициента-
мн трансформации амперметры Аг и Ли дают
одинаковые показания, а амперметр Ли пока-
зывает нуль. Если же полярности вторичных
обмоток трансформаторов тока не совпадают, то
ампеометр Am будет давать показания, равные
сумме показаний амперметров Ai и An. Этот
же принцип применим и к параллельно соеди-
ненным трансформаторам тока, первичные об-
мотки которых питаются токами разных фаз.
Нельзя забывать только то, что сложение и вы-
читание токоз в приборах в этом случае произ-
водится не алгебраически, а геометрически.
6. ТИПОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПРОВЕРКИ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
С РЕЛЕ ТИПА КР-121
А. Полная плановая проверка
Полная плановая проверка производится в
установленные сроки и осуществляется по сле-
дующим разделам:
I. Вывод защиты из работы.
II. Проверка трансформаторов тока и напря-
жения и их цепей.
III. Проверка отключающих катушек и их
цепей.
IV. Внешний осмотр и проверка механиче-
ской части реле.
V. Проверка изоляции реле и цепей на па-
нели защиты.
VI. Проверка электрических характеристик
реле и вспомогательных устройств.
VII. Проверка взаимодействия реле. -
VIII. Испытание защиты рабочим, током,
IX. Подготовка защиты к включению.
I. Вывод защиты из работы
После отключения дежурным персоналом за-
щиты от отключающих катушек выключателей:
1. Снимается постоянный ток с панели за-
щиты.
2. Отсоединяются цепи трансформаторов то-
гз от панели защиты.
Примечание. Если проверка защи-
ты производится при включенном транс-
форматоре, токовые цепи должны быть
предварительно закорочены.
3. Снимается с панели защиты напряжение
от трансформатора напряжения.
404
II. Проверка трансформаторов тока и напряжении и их
цепей
4. Проверка трансформаторов тока и напря-
жения и их цепей производится по специальным
программам.
III. Проверка отключающих катушек и их цепей
5. Проверка отключающих катушек" и их це-
пей производится по специальной программе.
IV. Внешний осмотр и проверка механической части реле
6. Снимаются крышки со всех реле, после
чего обдувается пыль и проверяются уплотне-
ния крышек реле.
7. Проверяется затяжка контактных винтов
на автотрансформаторах, у реле и на клеммни-
ках панели.
8. Проверяется ход подвижной системы ка-
ждого реле: возврат ее в исходное положение,
отсутствие заедания, люфт осей, исправность
упоров, ограничивающих ход подвижной систе-
мы, а также исправность всех пружин.
9. Проверяются контактные системы всех
реле: чистота подвижных и неподвижных кон-
тактов, отсутствие перекоса, прогиб, плотность
касания, а также надежность крепления по-
движных контактов на оси подвижной системы
(по специальной программе по ревизии и регу-
лировке контактов).
10. Проверяется четкость работы механиз-
мов реле времени.
11. Проверяется крепление отдельных дета-
лей реле и крепление реле к панели.
V. Проверка изоляции реле и цепей на панели защиты
12. Тысячевольтовым меггером замеряется
изоляция токовых цепей и цепей постоянного
тока между собой и на корпус реле.
VI. Проверка электрических характеристик реле
и всломогательных устройств
13. Подается постоянный ток на панель за-
щиты.
14. Собирается схема для проверки защиты
от постоянного источника тока.
15. Снимается рабочая характеристика реле
при последовательном соединении рабочей ка-
тушки с каждой тормозной по очереди.
16. Проверяется, что две тормозные катуш-
ки, расположенные на одном сердечнике, соеди-
нены таким образом, что при внешнем коротком
замыкании дают суммарный тормозной момент.
17. Снимается характеристика реле
Ip. m ~/{'торм)
при работе рабочей катушки с каждой тормоз-
ной по очереди.
18. Проверяется вибрация и отсутствие
искрения контактов реле при токе в 1,05 от то-
ка трогания при снятии одной из тормозных ха-
рактеристик; проверка ведется на реле време-
ни, установленное в схеме защиты.
19. Проверяется напряжение трогания и воз-
врата блокирующего реле напряжения.
20. Проверяется время действия реле КР-121
совместно с блокировкой для случая работы ре-
ле КР-121 без выдержки времени и для случая
действия реле КР-121 с выдержкой времени.
21. Проверяется время действия реле КР-121
вместе с выносным реле времени, дополнитель-
но включенным для устранения неправильных
действий защиты при толчках намагничивающе-
го тока .(см. гл. IX, § 15).
22. Проверяются коэфициенты трансформа-
ции промежуточных автотрансформаторов для
рабочих ответвлений.
23. Замеряется напряжение трогания и воз-
врата промежуточных реле и реле времени и
проверяется работа их контактов.
24. Замеряется падение напряжения на блин-
кере в цепи промежуточного реле.
VII. Проверка взаимодействия реле
25. Проверяется действие реле КР-121 на
выносное реле времени, работа дррмежуточного
реле и блинкера.
Примечание. В случае невозмож-
ности проверки действия защиты на про-
межуточное реле действие защиты прове-
ряется на сигнальную лампу.
26. Проверяется действие реле КР-121 на
шунтовой блинкер и работа блокировки от толч-
ков намагничивающего тока.
VIII. Испытание защиты рабочим током
27. Присоединяются к панели защиты цепи
от трансформаторов тока и снимается «закорот-
ка», если они были закорочены.
28. Подсоединяется к панели цепь напряже-
ния от трансформатора напряжения.
Примечание. Цепи отключающих
катушек ©стаются отсоединенными (отклю-
чающее устройство отключено).
29. Проверяется чередование фаз на зажи-
мах реле.
30. Замеряется напряжение на зажимах ре-
ле напряжения при перекрещенном и правиль-
ном чередовании фаз.
31. Замеряются токи в цепи нулевого прово-
да трансформаторов тока при заземлении одной
из фаз и отсоединении ее от панели защиты
или от автотрансформатора.
32. Замеряются вторичные токи до и после
автотрансформаторов, определяется коэфициент
трансформации трансформаторов тока и авто-
трансформаторов по току нагрузки.
33. При наличии достаточной нагрузки (не
менее 40—50%) производится снятие векторных
диаграмм токов на реле от всех обмоток сиис-
вого трансформатора и векторной диаграммы
токов небаланса.
34. Замеряются токи небаланса в цепи ну-
левою провода трансформаторов тока при нор-
мальной схеме.
35. Замеряются пофазно токи небаланса на
реле КР-121.
IX. Подготовка защиты и включение
36. Одеваются крышки на все реле и произ-
водится их пломбирование.
37. По сигнальной лампе проверяется отсут-
ствие отключающего импульса на отключение
выключателей.
38. Защита сдается дежурному персоналу
для включения в работу согласно установлен-
ному порядку.
39. Результаты проверки оформляются со-
гласно специальной инструкции.
Б. Проверка при новом включении защиты
Проверка защиты при новом включении про-
изводится по тем же разделам, что и полняя
плановая проверка со следующими добавле-
ниями:
1) проводится тщательная лабораторная пр<-
« верка всех реле по специальной программе для
каждого типа реле, входящего в схему защиты;
2) проверяется схемй панели защиты по
принципиальной и монтажной схемам и пра-
вильность маркировки.
В. Частичная проверка
Частичная проверка производится в установ-
ленные сроки по следующим пунктам полной
плановой проверки: 5, 10, 25, 31, 32, 34, 35, 37,
38 и 39.
Примечание. В §5 исключается
все кроме опробования выключателя на
отключение от защиты.
Г. Проверка защиты после ревизии выключате-
лей, трансформаторов тока или напряжения
Проверка защиты производится по програм-
ме полной плановой или частичной проверки в
зависимости от того, какая из указанных про-
верок совпадает или близка по сроку с реви-
зией выключателей или измерительных транс-
форматоров.
Примечания: 1. Если по сроку с
ревизией выключателей совпадает частич-
ная проверка, то дополнительно следует
привести испытание по следующим пунктам
плановой проверки: § 4 в части проверки
трансформаторов тока и § 5.
405
2. Если по сроку с ревизией трансфор-
маторов тока совпадает частичная провер-
ка, то дополнительно следует провести ис-
пытание по § 4 полной плановой проверки
в части проверки трансформаторов тока.
3. Если по сроку с ревизией трансфор-
матора напряжения совпадает частичная
проверка, тс? необходимо дополнительно
произвести испытание по § 4 полной пла-
новой проверки в части проверки транс-
форматоров напряжения.
Д. Послеаварийная проверка
Производится после неправильной работы
защиты по специальной программе, составляе-
мой для каждого отдельного случая.
Приборы для проверки
1. Два реостата с регулировкой тока от 1 до
50 А на напряжении 220 V.
2. Два амперметра со шкалой от 0 до 5 А
и от 4 до 50 А каждый.
3. Ваттметр на 2,5—5 А, 110—250 V.
4. Вольтметр на 15—65—150—300 V.
5. Секундомер электрический на ПО—220 V.
6. Миллиамперметр (термопара) на 25—
250 тА.
7. Указатель чередования фаз.
7. ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА РЕЗУЛЬТАТЫ
ПРОВЕРКИ ЗАЩИТЫ
При измерении малых величин напряжения,
тока, сопротивления и т. п. в цепях защиты
необходимо иметь в виду, что сопротивление
I
<хУ
-Ua
h
-ив-
фиг. XI\/,6. Первый способ Фиг. XIV,7. Второй способ
включения приборов для включения приборов для
измерения сопротивления. измерения сопротивления.
измерительных приборов может внести значи-
тельные погрешности в результаты измерения
и повлечь за собой неправильное определение
параметров отдельных элементов защиты и не-
правильную настройку защиты в целом. Напри-
мер, для измерения сопротивления некоторого
элемента (хэ) возможны два способа соедине-
ния вольтметра и амперметра, показанные на
фиг. XIV,6 и фиг. XIV, 7. При включении
406
приборов по схеме фиг. XIV,6 вольтметр по-
казывает действительное значение напряжения
на зажимах измеряемого элемента {гэ), в то
время как амперметр измеряет геометрическую
сумму токов в измеряемом элементе (1а ) и в
обмотке вольтметра (ie). Из отношения пока-
заний вольтметра и амперметра определится
фиктивное значение замеряемого сопротивле-
ния
г_ 1
U a £3 * Z. a
у a v в
Zs-^-Ze
ZsV +
Z« J
(XIV, 1)
Из приведенного выражения видно, что зна-
чение фиктивного сопротивления, определяе-
мого из показаний приборов, будет тем ближе
к действительному, чем больше сопротивление
вольтметра по сравнению с сопротивлением ис-
следуемого элемента. Поэтому при измерении
сопротивления по схеме фиг. XIV, 6 необхо-
димо пользоваться вольтметром с большим
внутренним сопротивлением. Современные за-
воды приборостроения изготовляют вольтметры
с внутренним сопротивлением примерно от )
4000 до 20000 fi/V показания шкалы.
В случае измерения сопротивления по схеме
фиг. XIV, 7, амперметр показывает действи-
тельное значение тока в исследуемом элементе,
в то время как вольтметр измеряет геометри-
ческую сумму напряжений на зажимах иссле-
дуемого элемента (U9) и на зажимах ампер-
метра (Ua). В этом случае из отношения пока-
заний вольтметра и амперметра получим
7 и —.
ия
и3 + и„
-Z.+Za = Z,[i + %].
(XIV, 2)
Фнг. XIV.8. Схема включения прибора и токораспреде-
ление при измерении тока в обмотке реле защиты от
замыкания на корпус генератора.
Из выражения (XIV, 2) видно, что значение
фиктивного замеряемого сопротивления тем
ближе к действительному, чем меньше сопро-
тивление амперметра по сравнению с сопро-
тивлением исследуемого элемента. В качестве
второго примера влияния величины внутрен-
него сопротивления измерительных приборов
на результаты измерений и настройки защиты
может быть рассмотрен случай токораспреде-
ления в схеме диференциальной защиты. На
фиг. XIV, 8 приведена схема замера тока в об-
мотке реле при замыкании на землю в зоне
защиты максимальной , мощности нулевой по-
следовательности генератора или синхронного
компенсатора. Из схемы видно, что от вторич-
ной обмотки трансформатора тока в нуле ге-
нератора гн разветвляется в обмотку реле (ip)
и во вторичные обмотки параллельно соединен-
ных внешних трансформаторов тока (i'm).
Обозначая общее сопротивление трех па-,
раллельно включенных трансформаторов тока
через (Z^), можно написать следующие соот-
ношения:
ъ = *,+*;; (XIV>3>
т £*р Т" ^а
^-•xrfer (XIV'5)
В условиях нормальной схемы, т. е. когда
■измерительный прибор в цепи реле отсутст-
вует, ток в реле при прочих равных условиях
Ток в цепи реле защиты ф-иг. XIV, 8 заме-
ряемся с помощью миллиамперметра, а милли-
амперметры стандартного изготовления обла-
дают большим внутренним сопротивлением;
б результате ток, замеренный в цепи реле при
настройке защиты [уравнение (XIV, 5)], может
значительно отличаться от действительного
тока в реле [уравнение (XIV, 6)] в условиях
нормальной схемы, защита может оказаться
настроенной неправильно.
Чем меньше значение максимального откло-
нения стрелки прибора по шкале, тем больше
его внутреннее сопротивление.
Это объясняется тем, что для отклонения
стрелки прибора необходимо приложить неко-
торый момент, как известно, пропорциональ-
ный электрической мощности: Mep=k-i*z. Элек-
трическая мощность (Рг) прибора для опреде-
ленной конструкции примерно постоянна и имеет
порядок 1—2 VA. Из выражения г20 следует,
что чем меньше i, тем больше должно быть
■сопротивление z. Миллиамперметры стандарт-
ных конструкций, как правило, обладают внУт
ренним сопротивлением порядка 100 Q. С по-
мощью таких приборов правильно настроить
защиту во многих случаях представляется за-
труднительным. Поэтому для этих целей обыч-
но используются миллиамперметры, построенные
на принципе термопары или на принципе компен-
сационной системы. ТЗкие миллиамперметры мо-
гут быть выполнены с внутренним сопротив-
лением порядка нескольких ом. Эти приборы
и рекомендуется применять при проверке за-
щиты, когда большое внутреннее сопротивление
прибора может исказить результаты настройки
защиты.
Подобным же путем можно показать, что
в других схемах защиты влияние внутренних
сопротивлений, используемых при испытаниях
измерительных приборов и регулирующих при-
способлений, может явиться причиной непра-
вильной настройки защиты. Поэтому подбор
соответствующих измерительных приборов и
регулирующих приспособлений имеет весьма
важное значение.
8. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ
ЗАЩИТЫ С ПОМОЩЬЮ ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ
ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ
При проверке схем выключения сложных
защит замер абсолютных величин токов и на-
пряжений, как правило, является недостаточ-
ным для определения правильности включения
защиты. Правильность включения может быть
определена только с помощью векторных ди-
аграмм токов и напряжений, подведенных к за-
жимам реле. Для построения векторной диаг-
раммы токов и напряжений необходимо знать
порядок чередования фаз. Способ определения
порядка чередований фаз и снятия векторной
диаграммы приводится ниже.
Определение порядка чередования фаз.
Наименования фаз на отдельной станции или
подстанции могут не совпадать с наименова-
нием тех же фаз в системе. Например, фаза
на данной станции или подстанции, названная
фазой А в системе, может быть является фазой
В или С и т. п. Вследствие этого порядок
чередования фаз на векторной диаграмме, под-
строенной в соответствии с наименованиями
фаз данной станции или подстанции, может не
совпадать с действительным чередованием фаз
системы.
Порядок чередования фаз устанавливается
с помощью специального прибора, называемого
указателем чередования фаз, представляющего
собой маленький трехфазный асинхронный дви-
гатель. Его короткозамкнутый ротор выпол-
нен в виде диска, а статор в виде трех кату-
шек с большим числом витков, расположенный
на общем стальном сердечнике. Направление
вращения ротора любого асинхронного двига-
407
теля зависит от порядка чередования фаз
питающей его сети. Это свойство прибора и
используется для установления порядка чере-
дования фаз на данной станции или подстан-
ции.
Прибор показан на фиг. XIV, 9. Сквозь от-
верстие в верхней части прибора виден диск,
который при включении лрибора начинает вра-
щаться в ту или иную сторону.
По направлению вращения диска прибора
устанавливается порядок чередования фаз дан-
ной сети. Если, например, зажимы прибора
подключены к фазам сети в таком порядке,
как показано на фиг. XIV, 10, и диск прибора
вращается по часовой стрелке, то порядок
чередования фаз данной сети является пра-
вильным, т. ee ABC, ВСА или CAB. Если же
диск прибора вращается против часовой стрел-
ки, то порядок чередования фаз является не-
правильным, т. е. АСВУ СВА или ВАС. В со-
ответствии с этим наименивания фаз (напри-
мер, В и С) на векторной диаграмме необхо-
димо поменять местами.
Порядок чередования фаз системы может
быть определен и другими методами. Однако
описанный метод является наиболее простым
и доступным и имеет поэтому широкое рас-
пространение в практике.
Выбор системы координат для снятия век-
торной диаграммы токов. Известно, что поло-
жение вектора любой величины в данной сис-
теме координат легко определить, если из-
вестны его проекции на две взаимно пересе-
кающиеся оси координат. Например, если даны
две проекции-j-Cbc и -\-Оу вектора в системе
координат (фиг. XV,11), то вектор А опре-
деляется двумя точками: началом координат
О и точкой пересечения перпендикуляров, вос-
ставленных к осям координат на концах дан-
ных проекций.
Угол пересечения осей координат в общем
случае может быть различным. Для системы
трехфазного тока наиболее удобным является
408
угол в 120°. Так как напряжение для любого
количества параллельных ветвей системы яв-
ляется общим, то за оси координат для снятия
векторных диаграмм токов весьма удобно при-
нять направления векторов напряжений. При
этом теоретически для этой цели с равным
успехом могут быть использованы как фазные,
так и линейные напряжения. Однако практи-
чески линейные напряжения в нормальных
Фиг. X1V,12. Проекции вектора тока на три оси
координат.
условиях, как правило, бывают менее искажены
вследствие отсутствия в них составляющей ну-
левой последовательности. Поэтому там, где
несимметрия фазных напряжений велика и тре-
буется более точная векторная диаграмма токов,
используются линейные напряжения. .
Проекция вектора тока на направление век-
тора напряжения может быть снята с помо-
щью ваттметра, отклонение стрелки которого
пропорционально активной мощности Ра=
= (7-/-coscp.
Активная составляющая тока /fl=/-cosrf
является проекцией вектора тока на вектор
напряжения. При этом если проекция вектора
тока совпадает с положительным направлением
вектора напряжения, то стрелка ваттметра
отклонится в сторону положительной части
шкалы; если же проекция вектора тока совпа-
Фиг. XIV,9. Указатель чередования фаз* Фиг. XIV,10. Определение
порядка чередования фаз
прибором по фиг. XIV, 9.
Фиг. XIV.11. Построение век-
тора с помощью двух проекций
на две оси координат,
дает с отрицательным направлением вектора
напряжения, то стрелка ваттметра отклонится
в сторону отрицательной части шкалы (имеется
в виду ваттметр с двухсторонним отклонением
стрелки). Вследствие того* что положительные
направления векторов напряжений расположены
под углом 120°, а их абсолютные величины
равны между собой, алгебраическая сумма про-
екций вектора тока на все три напряжения
равна нулю. Действительно, сумму проекций
вектора тока на три напряжения фиг. XIV, 12
можно выразить так:
-}-/• cos <?c =/[coscpA-|1cos^ +
+ coscpc]=0. (XIV, 7)
Следовательно, алгебраическая сумма пока-
заний ваттметра, снятых для одного тока и
трех напряжений симметричной трехфазной
системы, будет также равна нулю. Это поло-
жение является весьма удобным для проверки
правильности произведения замеров при снятии
векторной диаграммы токов. Для определения
положения вектора тока согласно фиг. XIV, 8
достаточно иметь проекции на две оси, т. е.
на два напряжения. Однако это будет правиль-
но только в том случае, если положительные
направления напряжений определены правильно.
Практически направления подводимых к ватт-
метру напряжений при снятии векторной диа-
граммы токов могут быть легко перепутаны.
Снятие проекций вектора тока на три на-
пряжения вместо двух позволяет проверить
правильность произведенных замеров, так как
при правильных замерах алгебраическая сумма
трех показаний ваттметра всегда должна рав-
няться нулю.
Снятие векторной диаграммы токов. Для
снятия векторной диаграммы токов требуются
следующие приборы:
1) амперметр — для замера абсолютной ве-
личины тока в течение процесса снятия вектор-
ной диаграммы;
2) вольтметр — для определения фазных или
линейных напряжений;
3) ваттметр —для замера относительных
величин проекций искомого вектора тока;
4) указатель чередования фаз — для опреде-
ления Гюрядка чередования фаз напряжений.
На фиг. XIV, 13 показана схема включения
этих приборов для снятия векторной диаграм-
мы тока в предполагаемой фазе с помощью
фазных напряжений.
Зажимы обмоток ваттметра должны иметь
обозначения условной полярности, которая
должна соблюдаться в процессе снятия век-
торной диаграммы. Цепь тока от начала об-
мотки трансформатора тока подводится к за-
жиму токовой обмотки ваттметра со знаком
плюс, а зажим той же обмотки со знаков
минус направлен в сторону нулевого провода
схемы соединения трансформаторов тока. На-
чало обмотки фазы А трансформатора напря-
жения присоединяется к зажиму обмотки на-
пряжения ваттметра со знаком плюс, а зажим
обмотки напряжения со знаком минус присо-
единяется к нулевой точке трансформаторов
Фиг. XIV,13. Включение приборов для снятия векторлоГ
диаграммы токов с помощью фазных напряжений.
От тр-ра
напряжения
Фиг. XIV,14. Включение приборов для снятия векторное
диаграммы токов с помощью линейных напряжений.
напряжения. Если при таком включении ватт
метра снята' проекция вектора тока на напря-
жение фазы Д то при снятии проекций того
же вектора на напряжения фаз В и С порядок
принятой полярности присоединения ваттметре
изменять нельзя. Этот порядок должен сохра-
няться и при снятии векторов тока в других
.фазах. Только при строгом соблюдении этого
условия снятые векторные диаграммы токов
будут правильными.
40S-
-У| Тр-ы напр, [1W/0J1
Фиг. XIV,15. Векторная диаграмма токов при правильной фазировке.
Фиг. XIV,16. Векторная диаграмма токов при неправильной фазировке»
пою
33 кУ
Фиг. XIV,17- Включение приборов для снятия векторных диаграмм tokqb в цепях диференциальной
защиты трансформатора.
На фиг. XIV, 14 показана схема включения
приборов для снятия векторной диаграммы
токов с помощью линейных напряжений. Изме-
няется только схема подключения обмотки на-
пряжения ваттметра. Во всех остальных частях
условия снятия векторной диаграммы тока ос-
таются теми же, что и при фазных напряжениях.
Для удобства и быстроты построения век-
торных диаграмм токов рекомендуется иметь
готовые бланки для записи показаний приборов
с сеткой системы координат. В качестве при-
мера на фиг. XIV,15 показан такой бланк с на-
несением соответствующих показаний ваттмет-
ра и построенными векторами трех токов.
В системах часто принимается наименование
фаз по их раскраске с порядком чередования
ЖКЗ. На бланке нанесены три оси координат,
расположенные под углом 120° и имеющие.
положительные и отрицательные направления.
Векторная диаграмма тока строится следую-
щим путем.
1. Допустим, что при присоединении к
ваттметру напряжения 1)ж фазы Ж ваттметр
имел показание, равное ста двадцати одному
делению в сторону положительной части шкалы.
В произвольном масштабе это показание ватт-
метра наносится на ось напряжения фазы Ж
в положительном направлении. Через полу-
ченную точку проводится прямая, перпенди-
кулярная этой оси.
2. При присоединении к ваттметру напряже-
ния Uн фазы К показание ваттметра было, по-
ложим, равно тридцати девяти делениям в сто-
рону отрицательной части шкалы. В том же
масштабе, что и для напряжения фазы Ж, по-
казание» ваттметра наносится на ось напря-
жения фазы К в отрицательном направлении.
Через полученную точку проводится прямая,
перпендикулярная этой оси. Таким же
и с показанием ваттметра
к нему напряжения L/з
путем поступают
при подведении
фазы 3.
411
Соединяя точку пересечения трех прямых
с началом координат, получаем искомый век-
тор тока.
Правильность произведенных замеров про-
веряется алгебраической суммой показаний
ваттметра. В данном случае
2Р=+ 121—80 - 39=+ 2 ^ 0.
Следовательно, векторная диаграмма тока
снята правильно. Таким же путем снимается
векторные диаграм,мы токов и для других фаз.
Сумма показаний ваттметра практически
редко бывает в точности равной нулю. Откло-
нение от нуля получается за счет неточности
отсчетов показаний приборов, а также за счет
колебания тока и напряжения в течение про-
цесса снятия векторной диаграммы. Однако
эта неточность не имеет практического значе-
ния. Наименование фазы и направление век-
тора тока устанавливается при этом правильно.
Из векторной диаграммы фиг. XIV,l5 видно, что
векторы всех фаз отстают от соответствующих
напряжений примерно на одинаковый угол.
Следовательно, наименование фаз токов в
данных проводах является правильным. На
фиг. XIV,16 показана снятая таким же спосо-
бом векторная диаграмма токов, из которой
видно, что наименование фаз токов (К) и (3)
перепутаны и, следовательно, должны поме-
няться и местами.
С помощью векторных диаграмм токов
проверяется, правильность включения всех
сложных защит, как-то: дистанционных, дифе-
ренциальных, направленных и т. п., где необ-
ходимо обеспечить правильное сочетание соот-
ветствующих фаз токов или одновременно
токов и напряжений.
9. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИФЕ-
РЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
В качестве примера рассмотрим способ про-
верки правильности включения схемы дифе-
ренциальной защиты трехобмоточного транс-
форматора ПО kV/33kV/6,6 kV (фиг. XIV, 17)
с помощью векторных диаграмм токов.
Основная трудность в проверке схемы за- .
ключается в установлении правильной фази-
ровки проводов, приходящих от трансформа-
торов тока к зажимам реле. В примере разоб-
ран порядок проведения фазировки только для
одной фазы, так как операции с фазировкой
других фаз совершенно аналогичны.
В основу проверки кладется то положение,
что при работе трансформатора со всех трех
сторон сумма приходящих токов всегда равна
сумме уходящих токов (током намагничивания
пренебрегаем). Те же условия сохраняют силу
и для вторичных цепей. Если схема защиты
^включена правильно, то ток в рабочей катушке
412
реле теоретически должен быть равен нулю.
Практически он равен не нулю, а току неба-
ланса. Предполагается, что все предваритель-
ные проверки отдельных элементов схемы уже
выполнены. Схема собрана с учетом уже из-
вестной полярности вторичных обмоток транс-
форматоров тока. Остается выполнить только
контрольную проверку всей схемы защиты в
целом с помощью векторной диаграммы токов.
Такая проверка является обязательной, так
как при выполнении схемы возможны ошибки,
которые не всегда могут быть вскрыты простым
замером абсолютных величин токов.
С этой целью снимаются векторные диа-
граммы токов во всех проводах, подводимых
к зажимам реле.
На фиг. XiV,17 показана схема включения
приборов для снятия векторной диаграммы то-
ков в реле фазы Л, В данном случае исполь-
зованы фазные напряжения. С соблюдением
всех условий, описанных при рассмотрении
фиг. X1V,13 и XIV,14, поочередно снимают-
ся и строятся векторные диаграммы токов
во всех проводах, присоединяемых к зажимам
реле. После построения диаграмм приходится
иметь дело только с векторами тока и их
взаимным расположением. На фиг. XIV,18 по-
казана векторная диаграмма токов, подводимых
к зажимам реле фазы А от трансформаторов
тока со стороны ПО kV, 33 kV и 6,6 kV сило-
вого трансформатора. Из векторной диаграм-
мы видно, что геометрическая сумма токов со
стороны 35 kV и 6,6 kV очейь близка к току
со стороны ПО kV, как по величине, так и по
фазе. Разность между этими токами должна
протекать через рабочую катушку реле. Если
все эти условия имеют место, то схема вклю-
чения защиты выполнена правильно. Если этих
условий не имеется, то в схеме защиты имеется
неправильность, характер которой может быть
установлен из анализа величин и фаз векторов
тока. Таким же способом ведется проверка
включения схемы и для реле других фаз.
10. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ
НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ПОД РАБОЧИМ ТОКОМ
В качестве второго примера приводятся
условия проверки правильности схемы вклю-
чения реле направления мощности под рабочим
током, т. е. под действием токов нормальной
нагрузки сети. При этом предполагается, как
и в предыдущем случае, что схема собрана с
учетом уж;е известной полярности вторичных
обмоток трансформаторов тока и трансформа-
торов напряжения и требуется произвести
контрольную проверку включения всей схемы
в целом.
В задачу контрольной проверки защиты
входит: определить, правильно ли собрана
Фиг. X1V,19. Схема элементарной
системы с двухсторонним питанием.
+ а
>№
Фиг.ХГУДв. Векторная диаграмма токов при правильном включении
4 защиты по фиг. XIV, 17.
схема в целом и, следовательно, будет ли за-
щита работать правильно в условиях повреж-
дения в сети. Затруднения .в определении пра-
вильности сборки схемы включения реле обу-
словливаются тем, что действие реле от токов
нормальной нагрузки может быть совершенно чВ линию;
отличным от их действия в условиях повреж- оч от"г
дения в сети.
Как известно, действующий на реле вра-
щающий момент при прочих равных условиях
зависит от угла сдвига фаз между током и
напряжением на его зажимах. Этот угол в нор-
мальных условиях зависит от отношения ве-
личин и направлений активной и реактивной
составляющих мощности и может быть совер-
шенно иным, чем_в условиях короткого замы-
Фиг. X1V,20. Изменение угла сдвига фаз
между током* и напряжением в зависимости
от соотношения величин и направлений со-
ставляющих мощности.
кания. Известно, что направления ак-
тивной и реактивной составляющих
мощности в нормальных условиях
могут не совпадать. На фиг. XIV\19
показана упрощенная схема системы,
на линиях которой установлена за-
щита, имеющая орган направления
мощности. В зависимости от распре-
деления нагрузки потребителей, пи-
тающихся от шин подстанций Л, Б
и В, и действующей генераторной
мощности на станциях (А) и (Гц)
могут быть следующие возможные
направления активной и реактивной составляю-
щих мощности, например, через выключатель
3 подстанции Б:
1) активная и реактивная составляющие мощ-
ности имеют направление от шин подстанции
2) активная составляющая имеет направле-
ние от шин, а реактивная составляющая
к шинам;
3) активная и реактивная составляющие
имеют направление к шинам;
4) активная составляющая имеет направле-
ние к шинам, а реактивная составляющая
от шин.
Предполагается, что реактивная составляю-
щая мощности является индуктивной. Допу-
413
стим, что положительное направление вектора
напряжения, например, фазы Л, совпадает с
положительным направлением оси действитель-
ных величин на фиг. XlV,20. Рассмотрим
положение вектора тока фазы А в выключа-
теле 3 подстанции Б по отношению к вектору
напряжения той же фазы в зависимости от
соотношения величин и направления активной
и реактивной составляющих мощности.
Примем, что направление от шин является
положительным, а к шинам отрицательным.
При направлении активной и реактивной
составляющих мощности от шин подстанции
вектор тока IA отстает от напряжения UA на
некоторый угол сдвига фаз фа и располагается
в первом квадранте фиг. XIV, 20.
Величина угла зависит от соотношения меж-
ду активной и реактивной составляющими со-
противления нагрузки. Если уменьшается реак-
тивная составляющая мощности при неизмен-
ной величине активной составляющей, угол уА
уменьшается и, когда реактивная составляющая
равна нулю, ®А также будет равен нулю. На-
правление вектора тока совпадает с направле-
нием вектора напряжения. Если реактивная
мощность будет иметь направление к шинам
подстанции, то реактивная составляющая тока
отложится в отрицательном направлении по
оси мнимых величин. Вектор полного тока (/А)
перейдет во второй квадрант. При уменьше-
нии величины активной составляющей мощно-
сти угол сдвига фаз между током и напряже-
нием во втором квадранте будет увеличи-
ваться. При Яа=0 угол сдвига фаз равен — 90°.
Если активная составляющая мощности будет
иметь направление также к шинам, как и реак-
тивная, то вектор полного тока (1А) перейдет
в третий квадрант. И, наконец, при направле-
нии активной составляющей мощности к шинам,
а реактивной от шин, вектор полного тока (1А)
перейдет в четвертый квадрант. Таким обра-
зом в зависимости от соотношения величин и
направлений активной и реактивной составляю-
щих мощности угол сдвига фаз между током
и напряжением соответствующих фаз в нор-
мальных условиях может изменяться в преде-
лах от 0° до 360°. В соответствии с этим реле
направления мощности в нормальных условиях
может действовать и на замыкание и на раз-
мыкание контактов.
Определить в этих условиях правильность
схемы включения реле направления мощности
с помощью простой проверки действия реле
на замыкание или размыкание контактов не
представляется возможным. Для этого необхо-
димо дополнительно знать соотношение актив-
ной и реактивной составляющих мощности в
первичной цепи по величине и направлению и
взаимное расположение векторов тока и на-
пряжения подводимых к зажимам реле.
414
Из соотношения величин и направлений ак-
тивной и реактивной составляющих мощности
в данный момент в первичной сети устанавли-
вается, в каком квадранте должен находиться
вектор тока данной фазы. А с помощью век-
торной диаграммы тока устанавливается его
действительное положение по отношению к
вектору напряжения. После определения по-
ложения вектора тока проверяется действие
реле. Однако предварительно необходимо знать
зону действия реле по углу. На фиг. XIV, 21
показана зона действия по углу для косинус-
Фиг. XIV,21. Диаграмма моментов реле направления
мощности.
ного реле {Pp^up-ip-cos <?р) фазьГЛ, включен-
ного по 30° схеме. Ось максимального вращаю-
щего момента реле совпадает с направлением
вектора напряжения на зажимах реле, т. е.
с направлением <РР = 0. Ось изменения знака
вращающего момента перпендикулярна к на-
правлению вектора напряжения, когда угол
сдвига фаз на зажимах реле переходит за 90°,
т.* е. когда ^^±90°. На фиг. X1V,21 видно,
что вращающий момент на реле является по-
ложительным при изменении % в преде-
лах ±90°.
В этих пределах реле с нормально разомк-
нутыми контактами должно замыкать свои
контакты. Если при снятии векторной диа-
граммы положение вектора тока оказывается
в пределах рабочей зоны реле и реле дей-
ствует на " замыкание контактов, то схема
включения реле правильна. При коротком за-
мыкании в линии &то реле будет также дей-
ствовать на замыкание контактов, так как век-
тор тока короткого замыкания* будет лежать
в пределах первого квадранта (см. гл. I и 111).
Если же при снятии векторной диаграммы
положение вектора тока оказывается в зоне
отрицательного момента реле, то при правиль-
ной схеме включения реле должно действовать
на размыкание контактов.
Однако для исключения случайных ошибок,
которые могут появиться в процессе проведе-
ния испытаний, проверку действия реле всегда
рекомендуется производить при подведении к
его зажимам напряжений поочередно от всех
фаз. И если реле, например, фазы Л, соответ-
ственно случаю фиг. XIV, 21 при подведении
к нему напряжения иле действует на замыка-
ние контактов, а при подведении напряжений
ива и Пев действует на размыкание контактов,
то это может служить подтверждением пра-
вильности включения реле.
Таким образом с помощью векторной диа-
граммы тока и характера действия реле на-
правления мощности можно установить пра-
вильность схемы включения защиты.
А В С
Фиг. XIV,22. Схема включения реле направления мощности
нулевой последовательности в рабочем состоянии.
Для реле, имеющих другие характеристики,
и для других схем включения действие реле в
данных условиях может быть иным. В каждом
отдельном случае необходимо знать характе-
ристику м схему включения реле для построе-
ния осей вращающего момента реле, с помощью
которых окончательно устанавливается пра-
вильности включения схемы защиты.
Установление правильности включения ор-
гана направления мощности встречает особые
затруднения в условиях, когда в процессе про-
ведения проверки направление реактивной мощ-
ности колеблется, изменяя свой знак. Подобные
условия встречаются особенно часто, когда
проверка защиты производится на линии, яв-
ляющейся местом токораздела.
3i0=i?
Столь же трудно бывает определить пра-
вильность включения органа направления,
когда вектор тока, подводимого к зажимам
реле, расположен близко к линии изменения
знака вращающего момента реле.
В таких условиях произвести проверку
правильности включения органа направления
мощности часто не представляется возможным.
Поэтому в подобных случаях рекомендуется с
помощью соответствующих переключений в
сети заранее создать условия, при которых
активная и реактивная составляющие мощности
имели бы строго фиксированное направление.
И. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ
НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПОД РАБОЧИМ ТОКОМ
В (качестве третьего примера использзванля
векторных диаграмм токов -и напряжений при-
водится способ проверки правильности включе-
ния реле направления мощности нулевой после-
довательности иод рабочим током.
Нормальная схема включения этэго реле для
рабочих условий показана на фиг. XIV, 22. При
замыкании на землю в
сети (например, на фа-
зе А) .векторная диаграм-
ма токов .и напряжений
ца 'зажимах реле для се-
ти, нулевая точка кото-
рой заземлена через вы-
соко ом ное активное со-
противление, имеет -вид,
представленный на фит.
X1V,23.
Реле мощности нуле-
вой последовательности
при этом должно дейст-
вовать на замыкание кон-
тактов. Для проверки пра-
вильности включения ре-
ле в рабочих условиях,
т. -е. при отсутствии за-
мыкания на землю в се-
ти, искусственным путем
можно создать условия,
близкие к условиям за-
мыкания на землю в се-
ти. Соответствующая схе-
ма показана на фиг.
XIV, 24.
Трансформаторы ' тока
фаз В я С закорочены
и отсоединены от зажима токовой обмотки
реле. К зажимам обмотки -напряжения реле под-
водится напряжение фаз В ш С. Векторная
диаграмма тока и 'напряжений на зажимах реле
в этих условиях показана на фиг. XIV, 25. Как
4^5
Фиг. XIV, 23. Векторная
диаграмма тока и напря-
жения на зажимах реле
фиг. X1V,22 при одно-
фазном замыкании на
землю в сети фазы А.
аидно из этой диаграммы, условия действия
реле в искусственно созданной схеме близки к
условиям замыкания и а землю в сети <на фа-
зе А. Различным по существу оказывается толь-
ко угол сдвига фаз между током ж напряжени-
ем *на зажимах реле.
Сняв и построив векторную диаграмму тока
фазы Л, зная характеристику реле и учитывая
все сказанное в предыдущем параграфе о по-
строении диаграммы моментов реле, можно оп-
ределить 'правильность схемы включения реле.
Из схем, представленных на фиг. XIV, 22 и
XIV, 24, видно, что если условия проверки реле
учтены при (монтаже защиты, то процесс про-
верки правильности включения реле сводится к
зесьма простым операциям. Переключение це-
<Фиг. XIV,24. Схема включения реле направления мощ-
ности нулевой последовательности при испытании под
рабочим током.
ней тока и напряжения «а зажимах реле про-
изводится путем перестановки соответствующих
перемычек на клеммной сборке. Если клеммы
заранее -проверены и снабжены соответствую-
щей маркировкой, то возможность ошибки
персонала в процессе проведения операций ста-
новится маловероятной и проверка схемы вклю-
чения реле получается доступной и (простой.
Необходимо только отметить, что при проведе-
нии проверки (правильности включения 1реле
направления 'мощности «нулевой последователь-
ности под рабочим током очень часто имеют .ме-
сто условия, <пр<и которых направление вектора
тока, tnодводимого к зажимам реле, совпадает
с линией изменения -знака вращающего момента
реле. «В этих условиях, как уже указывалось
выше, определить правильность включения реле
весьма затруднительно. Поэтому рекомендуется
всегда •при проведении проверки (правильности
включения рассматриваемых реле аналогично
сказанному *в -§ 10 использовать !не только ток
одной фазы {скажем, А), «о и ток других фаз.
Тота, зная «из предварительного анализа пред-
полагаемое поведение реле, правильность вклю-
чения его легко будет установить.
416
12. ПРОВЕРКА И НАСТРОЙКА РЕЛЕ НА ЗАДАННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Методы испытаний Отдельных реле, прово-
димых в эксплоатационных условиях, принци-
пиально не отличаются от соответствующих ис-
пытаний, проводимых в условиях лаборатория.
Фиг. XIV,25. Векторная диаграмма тока и напря-
жения на зажимах реле фиг. XIV, 24.
Разница заключается только ib том, что испыта-
ния, ероводимые в эксплоатационных условиях,
не преследуют цели типовых, детальных испыта-
ний реле, «выявляющих их основные свойства,
параметры to (характеристики, а сводятся к про-
верке исправности реле и соответствия харак-
теристик реле заданным расчетным характери-
стикам. Реле может выть включено !в схему
защиты (при условии полной «его исправности
как с механической, так и с Электрической точки
зрения. Механическая исправность реле про-
веряется с ^помощью тщательного осмотра всех
деталей реле и путем пробной работы его. При
этом особое внимание уделяется состоянию
подвижных деталей «и деталей, подверженных
трению, износу, загрязнению, окислению и т. п.
К таким деталям относятся: диск, якорь, концы
оси, подпятники, демпферы, пружины, часовые
механизмы, контакты и т. <п. Кроме механиче-
ской исправности реле должно быть также
электрически дютравным, что устаназливается
путем (проверки состояния изоляции, замера с>
противлений обмоток и проверки Электрических
характеристик реле. Схемы включения приборэв
для проверки электрических характеристик реле
весьма различны и 'зависят от типа реле, его
конструкции и типа ^проверяемой характери-
стики, i
Проверяются величины трогания и возврата
реле, время действия в зависимости от «величин
тока, наиряжендя, мощности, импеданса, реа-
ктанса « т. п. (для реле с .зависимыми характе-
ристиками) проверяются характеристики чув-
ствительности «реле, потребляемая мощность,
отсутствие самохода, плотность замыкания и
отсутствие вибрации контактов и т. п. Основная
отличительная особенность испытаний реле >в
жсплоатационных условиях заключается в том,
что испытания эти в большинстве случаев про-
водятся не на лабораторном стенде, а «епосред-
ственно 'на панели релейного щита. Испытания
производятся с помощью первичных и вторичных
токов. Предварительные испытания и -настройка
вторичных реле, как правило, 'Производятся с
помощью вторичных токов. К зажимам реле
подводится ток и напряжение от постороннего
источника. Величина напряжения регулируется с
помощью изменения нагрузочных сопротивлений
или нагрузочных трансформаторов. Известно, что
характеристики реле индукционного типа зави-
сят от формы кривой тока. С целью исключения
искажений характеристик за счет -влияния
высших гармоник проверку .характеристик ин-
дукционных реле рекомендуется производить не
с помощью трансформаторов, а с помощью на-
грузочных сопротивлений, так как кривая тока
от нагрузочного трансформатора, как правило,
содержит высшие гармоники, обусловленные на-
сыщением стали трансформатора.
Все испытательные сопротивления на под-
станциях обычно подключаются к осветительной
сети, которая питается от трансформатора
собственных нужд с 'выведенной нулевой точ-
кой вторичной обмотки. Нельзя забывать, что
для проверки защиты 'необходимо пользоваться
линейным, а не фазным напряжением освети-
тельной сети, так как кривая фазного напряже-
ния трансформатора содержит 'высшие гармоня-
ми, которые могут внести значительные ошибки
в результаты проверки характеристик, особенно
для индукционных реле.
Для быстроты проведения проверки очень
удобно иметь заранее подготовленные пере-
носные типовые комплекты измерительных «при-
боров, нагрузочных и регулировочных сопроти-
влений, соединительных устройств и т. 'п. При
наличии таких комплектных наборов испытатель-
ной и регулировочной аппаратуры применительно
к каждому типу защиты проведение проверки
защиты значительно облегчается -и требует
меньшего времени. Проверка характеристик ре-
ле первичным током, как правило, применяется
только для первичных реле. Проверка может
быть выполнена или с помощью «подъема
искусственного короткого замыкания с нуля в
первичной цени т или с ломощъю нагрузочного
трансформатора/Тем или иным путем в первич-
ной цепи создается ток необходимой величины
а отмечается работа реле,
27 РелеГлаа ;
53. ПРОВЕРКА СХЕМЫ ЗАЩИТЫ В ЦЕЛОМ
С ДЕЙСТВИЕМ НА ОТКЛЮЧЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕ®
После проведения проверки -отдельно каж-
дого элемента, ©ходящего в схему защиты, про-
водится проверка всего комплекта защиты в це-
лом с действием на отключение выключателей.
Такая проверка может быть выполнена:
| РозъеЗин.
Фиг. XIV, 26. Проверка действия защиты с помощью
нагрузочного трансформатора.
1) с помощью создания искусственным 'пу-
тем в* первичных цепях условий, необходимых
для действия защиты;
2) с помощью замыкания контактов реле от
руки.
Необходимые д#я действия защиты условия
могут быть созданы в первичных цепях:
а) с помощью специальных нагрузочных
трансформаторов или обычных трансформаторов
тока;
б) с помощью подъема с нуля искусственно-
го короткого замыкания;
■в) с помощью короткого замыкания под ра-
бочим напряжением.
Применение нагрузочного трансформатора или
трансформатора тока. Для простых максималь-
ных токовых защит, установленных на линиях,
электр одвигате лях, тр ансф орм атор ах м алой
мощности и т. п., условия для проверки защиты
с действием на выключатель -могут быть соз-
даны ири помощи специальных нагрузочных
трансформаторов. Объект отключается разъеди-
нителями от сети (фиг. XIV, 26).
Через первичную цепь трансформатора тока,
на котором установлена защита, пропускается
ток, величина которого регулируется во вторич-
ной цепи нагрузочного трансформатора. Ток
повышается до тех пор, пока защита не ерабо-
417
тает и не отключит выключатель. Ори этом за-
меряются тэк а время действия защиты.
Применение подъема с нуля искусственного
короткого замыкания. Для более сложных защит,
установленных на объектах большой мощности,
применяется метод подъема с нуля искусствен-
ного короткого замыкания. Для этой цели вы-
деляется отдельный генератор.
Фиг. XIV.27. Проверка действия защиты с помощью
подъема с нуля искусственного короткого замыкания.
На фиг. XIV, 27 показана упрощенная схема
подъема <с нуля искусственного короткого за-
мыкания для проверки продольной диферен-
циальной токовой защиты генератора. С соблю-
дением всех мер предосторожности по технике
безопасности на отключенном оборудовании в
соответствующем месте устанавливается зак>
ротка достаточного сечения. После этого вклю-
чается выключатель я плавно «поднимается воз-
буждение генератора. При 'подъеме тока в пер-
вичной цепи замеряются токи во всех вторичных
цепях данной схемы защиты. Ток в первичной
цепи поднимается до тех пор, пока защита не
иридет в действие и не отключит выключатель.
Если при опыте защита не должна действовать
на отключение, то после замеров токов во вто-
ричных^депях и проверки действия соответствую-
щих реле ток в первичной цепи снимается пу-
тем выводи возбуждения генератора. Такие
условия должны соблюдаться, например, при
проверке селективности диферекциалькой за-
щиты и защиты от замыкания на землю генера-
торов и трансформаторов, когда закоротка уста-
намывается вне зоны защиты.
Необходимо отметить, что етодъем искусст-
венного короткого замыкания для плановых
«проверок /зашит практически возможен только
418
на станциях при проверке защит на генераторах
« трансформаторах. Для этого требуется выде-
ление только одного генератора или генератора
и трансформатора. При согласовании проведе-
ния плановых проверок защит с плановыми
ремонтами и ревизиями основного оборудова-
ния проведение проверки защиты с помощью
подъема с нуля искусственного короткого замы-
кания на выделенном оборудовании не предста-
вляет никаких затруднейий для системы. Если
же ващита трансформатора или линии проверяет-
ся на подстанции, где генераторы отсутствуют,
то для {проведения опыта короткого замыкания
помимо выделения отдельного генератора тре-
буется создание искусственной схемы в систе-
ме. Для этого необходимо выделить как мини-
мум генератор, -повышающий трансформатор в
секцию шин на станции, линию, трансформатор
и также секцию шин на подстанции. Последнее
часто сделать не представляется возможным пт>
условиям режима системы. В таких случаях
плановая «проверка защиты в цело»м производит-
ся только с помощью рабочих токов, а действие
защиты на отключение выключателей проверяет-
ся с помощью замыкания контактов реле от
руки.
Необходимо отметить, что в качестве генери-
рующего источника ©замен генератора может
быть -использован также синхронный компенса-
тор, если он пускается в работу разгонные
двигателем.
Замыкание контактов «реле от руки. В зависи-
мости от типа защиты создаются условия, <прн
которых удается проверить взаимодействие по
возможности всех элементов схемы. После это-
го замыканием от руки, например, контактов пу-
сковых органов проверяется действие всей
схемы защиты на отключение выключателей.
Применение короткого замыкания под рабо-
чим напряжением. Прежде чем включить защиту
в нормальную эканлоатацию, бывает необходи-
мо произвести цроверку правильности действия
ее в реальных условиях повреждений в сети.
Проверка защиты может быть выполнена путем
действия ее или на сигнал или на отключение
выключателей. Такого вида проверки требуются
обычно \для новых талое сложных защит. Пред-
варительными испытаниями в лаборатории не
всегда возможно точно установить все факторы*
которые могут иметь место в реальных условиях
при повреждениях в сети. Включение защиты ©
нормальную эксплоатацош до выяснения ее по-
ведения при всех основных видах повреждений
в сети не допускается. Поэтому такую защиту
на некоторый период «включают с действием на
сигнал, до тех пор пока в сети не будут иметь
место необходимые для «проверки защиты по-
вреждения соответствующего вида и в соот-
ветствующем «месте. Период ожидания этих
повреждений может быть весьма длительным,
а состояние действующей в системе защиты не
всеода позволяет долго ожидать проверки но*-
вых, более совершенных защит. В таких случа-
ях применяется опыт создания искусственного
короткого замыкания в системе под нормаль-
ным рабочим напряжением. Для этого создает-
ся специальная схема коммутации системы с
выделением участка, на котором будут прово-
диться испытания.
На фиг. XIV, 28 показана упрощенная схе-
ма сети с выделением линии /, на которой пред-
полагается проведение испытания •при коротких
замыканиях в зоне и вне зоны действия з>
щигьь .
Фиг. XIV,28. Проверка действия защиты с помощью
короткого замыкания в сети под рабочим напряжением*
Номерами 1 и 2 условно обозначены ком-
плекты испытуемой защиты, номером 3— ком-
плект защиты, [действующей на отключение
выключателя искусственно созданного короткого
замыкания вне зоны действия защиты; место
этого короткого (замыкания обозначено стрел-
кой. Под (номерами 4 и 5 условно показаны
комплекты резервных защит, которые должны
отключить соответствующие ©ыключатели ври
отказе в действии по каким-дибо причинам вы-
ключателя или защиты 3. Из схемы видно, что
участок, па котором будут производиться ис-
пытания, с каждой стороны, примыкающей ко
всей остальной части действующей системы,
выделяется через два последовательно вклю-
ченных выключателя. Один из выключателей
предназначается для участия в схеме проводи-
мого испытания, второй—для резервирования
отключения короткого замыкания от системы з
27 ""
случае отказа в действии первого1. Защиты на
выключателях 4 и 5 -настраиваются более
чувствительно и с меньшими выдержками
времени, чем защиты на всех прилегающих
участках действующей системы.,
Схема системы должна быть подготовлена
таким образом, чтобы отключение участка, вы-
деленного для проведения опыта, /не отразилось
на нормальной работе системы. На отключенн ж
фидере «ли линии устанавливается закоротка.
Фиг. XIV.29. Схема коммутации подстанции
с запетлением одного из выключателей.
В цепях (проверяемой 'защиты включаются
шлейфы осциллографов, все защиты, участвую-
щие в проведении опыта, предварительно про-
веряются на отключение своих выключателей и
схема системы подготавливается для проведе-
ния опыта. Короткое замыкание осуществляет-
ся путем включения выключателя той линии или
фидера, на котором установлена закоротка.
14. ЗАЩИТА НА ШИНОСОЕДИНИТЕЛЬНОМ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЕ
На всех станциях и подстанциях с двойня!
системой шин, скоммутированных по европей-
скому принципу, как правило, имеется шшш-
соединительный «выключатель, назначение! коп>-
рого, как известно, состоит:
1) в переводе линий, генераторов или транс-
форматоров с одной системы шин на другую
под нагрузкой; >
2) во временной замене основного выключа-
теля оборудования, подключенного к шинам
данной станции или подстанции.
Оборудование, т. е. трансформатор или ли-
ния, включается через пшносоединительный вы-
ключатель главным1 образом в следующих
случаях:
а) при -запетлении для ревизии или ремонта
основного «выключателя:
б) при выводе защиты основного выключа-
теля в проверку.
Заиетление приходится осуществлять в тех
случаях, если по условиям режима системы и
419
питания потребителей оборудование на время
ревизии выключателя или проверки защиты вы-
ключено быть не может. Защита данного обору-
дования на это время переводится с основного
выключателя на трансформаторы тока и от-
ключающую катушку шиносоединительного вы-
ключателя заменяется специально уста-
новленной на последнем защитой. На
фиг. XIV, 29 показана упрощенная схема комму-
тации подстанции с запетленным выключате-
лем 1 и введенным в работу заменяющим его*
выключателем 2.
Кроме того, как уже говорилось выше, сама
защита, установленная на основном выключате-
ле, также требует лериодического отключения'
для проверки. Для этих целей также использует-
ся защита на шиносоединительном выключа-
теле, которая заменяет защиту, выведенную в
проверку. К защите, установленной на шино-
соединительном выключателе, предъявляются
следующие основные требования:
1) она должна наиболее полно заменять лю-
бую из защит, установленных на основных
выключателях;
2) она должна 'быть «максимально простой,
чтобы обеспечить возможность быстрой на-
стройки на заданную характеристику и включе-
ния в работу дежурным персоналом, не имею-
щим специальной подготовки в области релей-
ной защиты.
Защита на разных объектах основного обо-
рудования может быть совершенно различной
не только с точки 'зрения параметров рабочих
характеристик, но «и «с точки зрения принципов
действия и типов защит.
Выполнить требования полной заменяе-
мости всех видов защит основного' оборудования
одним комплектом защиты шиносоединительного
выключателя не представляется возможным.
Поэтому на каждом элементе ответственного
основного ^оборудования, который не может
выводиться из работы для проведения проверки
защиты и защита которого не может быть за-
менена защитой на шиносоединительном выклю-
чателе, должны быть, предусмотрены свои за-
щиты, максимально заменяющие друг друга
или могущие быть тересоединенными на шино-
соединигельный выключатель. Защита на шино-
соединительном выключателе играет в этом
случае дополнительную и вспомогательную роль.
Однако характеристики этой защиты все же
должны максимально приближаться к характе-
ристикам заменяемых защит.
Учитывая все вышесказанное, на шиносоеди-
нительных выключателях в (большинстве случаев
устанавливаются сравнительно простые типы
защит.
Наиболее распространенной является (макси-
мальная токовая защита с отсечкой, с органом
420
направления мощности или без такового. Иног-
да на шиносоединительном выключателе уста-
навливается и дистанционная защита, вклю-
чаемая по упрощенной *схеме, позволяющей
быстро и просто настраивать защиту на задан-
ные характеристики.
Вывод оборудования через шиносоединитель-
ный выключатель может быть вызван аварийной
необходимостью в любое время суток, кэлдз
специальный работник по релейной защите на
данной станции или подстанции отсутствует.
' В этих условиях, как уже оговорилось, на-
стройка и (включение защиты производятся де-
журным персоналом. (Поэтому операции по за-
стройке защиты на заданные характеристики
должны быть мааксимально' упрощены. Этим
требованиям должна отвечать монтажная схе-
мЗ комплекта защиты на шиносоединительном
выключателе. Данные характеристик для каж-
дого случая должны быть заранее подготовлены
и персонал должен быть /готов к их практиче-
скому (выполнению.
15. СРОКИ ПЛАНОВЫХ ПРОВЕРОК ЗАЩИТ
Сроки плановых проверок (защит, вообще
говоря, различны для различных типов защит и
зависят от их сложности, доброкачественности
аппаратуры 1и условий работы, как-то: возмож-
ности сотрясения, наличия пыли, грязи и т. п.
Однако для большинства типов /защит вполне
достаточно проводить одну и максимум две
проверки в год: одну полную и одну частичную.
Полную плановую проверку целесообразно
проводить одновременно' с выводом в ревизию
или в ремонт основного оборудования, когда
последнее обесточивается на сравнительно дли-
тельный период. Частичную проверку следует
проводить примерно в середине периода между
очередными полными /проверками, приурочивая
ее по возможности к моментам, непосредственно
предшествующим периодам особо напряженной
работы системы, например, для защит во&душ-
ных линий перед грозовым сезоном — весной,
а для защит генераторов! и трансформаторов
перед осенне-зимним максимумом — осенью.
Характеристики реле могут нарушаться после
срабатывания {защиты при коротком замыкании
в сети. С этой точки зрения казалось бы жела-
тельным производить частичную проверку за-
щиты после каждого ее срабатывания. Однак>
при частых проверках защита быстра изнаши-
вается и появляется большая вероятность, что
какой-либо из элементов окажется в неисправ-
ном состоянии, от поломки или от. допущенной
ошибки персонала при- сборке схемы (Защиты.
Поэтому дополнительные проверки защиты сле-
дует проводить толко три условии, если это
вызывается Действительной необходимостью.
Кроме непосредственно защитной аппаратуры
проверяются «цепи и механизмы отключения вы-
ключателей. Такая .проверка в общем случае
проводится до четырёх раз в год, «а сигнальных
и контрольных устройствах, а также защитах,
на которых производятся сравнительно' частые
изменения характеристик, проверка также дол-
жна производиться более часто. С целью со-
блюдения определенного порядка в проведении
испытаний, надзора и реконструкции защиты в
начале года службы защиты системы и отдель-
ных предприятий составляют* годовые планы и
календарные графики проведения этих работ.
Годовые планы уточняются и корректируются
квартальными и месячными планами.
16. УЧЕТ РАБОТЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Эффективность релейной защиты в энергоси-
стеме определяется с помощью точного учета
действия всех комплектов защиты в различны!
условиях.
Действие каждого- комплекта защиты реги-
стрируется ,.в особой карте с характеристикой
условий, вызвавших это действие, с оценкой,
правильно или неправильно было> это действие
и т. п. Если защита действует неправильно, то
регистрируется, сколько киловаттчасов /мощности
недодано потребителю в результате «неправиль-
ного действия защиты. Месячные и (годовые
сводки, показывающие процентное соотношение
между правильными и неправильными действия-
ми защиты, а также общее количество киловатт-
часов недоотпуска 1электроэнергии потребите-
лям в результате неправильного действия релей-
ной защиты определяют ее экономическую
эффективность в данной энергосистеме. Но ломи-
мо экономической статистики необходимо вести
техническую статистику случаев неправильной
работы защиты с подробным анализом и, изуче-
нием всех причин, обусловливающих неправиль*
ные действия защиты. На основе этой стати-
стики и анализа разрабатываются и принимают-
ся решения о реконструкции существующей
защиты или о замене ее целиком «а бодтее со-
вершенную.
17. ИНСТРУКЦИИ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ЗАЩИТЫ
Обеспечение безошибочного обслуживания
защитных устройств в условиях эксплоатации в
значительной мере зависит от степени подго-
товленности персонала и от наличия соот-
ветствующих, хорошо разработанных инструк-
ций. Исполнительная инструкция должна быть
краткой и четкой, не допускающей двухзначного
понимания указаний для {проведения соответст-
вующей операции. Содержание инструкций раз-
личается в Зависимости от их назначения и то-
го персонала, для которого они предназначаю i-
ся. Например, инструкция что обслуживанию ли-
нейных защит системы, требующая некоторых
изменений в схеме в 'Зависимости от схемы ком-
мутации и режима системы, «должна .быть раз-
личной для персонала подстанций и для диспет-
чера системы. В функции персонала отдельной
станции или подстанции не входит контроль
схемы (коммутаций и режима работы всей си-
стемы. Поэтому изменения в схеме (коммутации
и режиме работы системы, производимые «вне
пределов данной станции или подстанции, <ее
персоналу могут быть даже не известны, в то
время как с изменением схемы и режима работы
других частей системы необходимо бывает про-
изводить те или иные изменения в защите, уста-
новленной на данной подстанции. Составлять
общие инструкции, одновременно излагающие
указания и персоналу подстанции и персоналу
системы, нецелесообразно. Эти инструкции по-
лучились бы слишком громоздкими и неконкрет-
ными. При большом количестве и разнообразии
установленных <в современных сложных системах
защит такие «инструкции поручаются непосиль-
ными для оперативного использования персона-
лом и приводят ж ошибкам. Поэтому инструкции
должны разрабатываться отдельно для различ-
ного персонала применительно к кругу его
обязанностей. [Текст инструкции весьма делесо-
образно дополнить графическим материалом,
который легче 'запоминается зрительно и помо-
гает персоналу выполнять и контролировать
правильность проводимых им операций. В {ка-
честве примера на фиг. XIV, 30 приведены
графические указания дежурному диспетчеру по
обслуживанию защиты линий, соединяющих
станцию с подстанцией системы. На графике
приведены «возможные варианты коммутации
силового оборудования и даны указания -об
изменениях на защитах, которые необходима
выполнять применительно к каждому варианту
схемы и режима работы силового оборудования.
Подобные графические дополнения .к теисту ин-
струкции в "значительной мере облегчают персо-
налу безошибочное проведение необходимых
операций при обслуживании защиты в условиях
эксплоатации.
18. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ПО ЗАЩИТЕ
Наличие и состояние технической документа-
ции имеют •весьма важное значение в деле
обеспечения безаварийного обслуживания ре-
лейной защиты. Учитывая особую ответствен-
ность релейной защиты, вопросам состояния
технической докудментации следует уделять пер-
востепенное внимание.
Местная документация. Для каждого защи-
щаемого объекта должно быть заведено слецн-
421
7 9/1 h6cm 1
он
<^э
га
Ъ/ст
п/ст
Го=о1
Ml
-С—-у-
Ato/аш /Vs/
Го or
lo o2
|®«W»3
J0£J
га«
тЛ
. fo~o^
/
РеЖ«л* IPS
Го=Г|
1 »^о
в
(&Щ
=ь рп
л
#
ЕЗЕ]
Ж1
LTF)
л/ст
Режим №4
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
О-*"^
%te
ZM: n/cm
о
О 2
P4
О О 1
о о2
оввЭ
о о4
ЧуВстВит. комплект макс з*ты
Жтр^ной ер. отключен
ЧуВстВит. комплект макс, ячвлы
Ж тр-ной 'ер< Включен
Отключено Л Штепсельные Вилка
У для стключекия Вось-
включено J .мерочной защиты
4$ штепсельнал колодка (шо>кенив
„3 показано Включенным)
га
■ГоН
\ Ш
D
РеЖим №8 недопустим
Отсечка с ДыдерЖкои Времени
t =7,2 сен
Мгновенная отсечка
& отключен
& включен
Нейтраль 1Ю Ш Заземлена
Нейтраль НО kV разземлш
К^П
РеЖим №9 недопустим
Фиг. XIV,30. Указания по обслуживанию защит
с помощью графика.
альное дело, в котором должны храниться все
технические материалы, относящиеся к защитам
данного объекта. В деле должны храниться схе-
мы защит, расчеты параметров заданных харак-
теристик, паспорта и протоколы испытаний от-
дельных реле и измерительных трансформаторов,
протоколы очередных плановых и иослеаварий-
ных проверок защиты, графики характеристик,
схемы присоединения к трансформаторам тока
и напряжения, схемы, питания и контроля цепей
постоянного тока и т. п. Принципиальные и мон-
тажно-исполнительные схемы должны точно со-
ответствовать действительному исполнению за-
щиты на месте.
Помимо полных и детальных схем включе-
ния каждого комплекта защиты для сложных
типов защит весьма 'Целесообразно «иметь уп-
рощенные схемы, (например, отдельную схему
токовых цепей, отдельную схему цепей напря-
жения, постоянного тока и т. п. Такие упрощен-
ные схемы облегчают проведение проверок за-
щит в эксплоатационных условиях.
Особое внимание необходимо уделять тем
местам, где объединяются вторичные цепи
.нескольких защитных устройств (и контрольно-
измерительных приборов. К таким местам отно-
сятся клеммиые сборки tea щите управления,
клеммные коробки выводов вторичных обмоток
от трансформаторов тока и т. п. При наличии
подобных схем для всех устройств разбор схем
соединения и обслуживание защиты в условия?^
эксплоатации значительно облегчаются.
Системная документация. Помимо схем, ха-
рактеристик и {расчетов параметров для каждого
комплекта защиты в «отдельности необходимо
иметь 'характеристики и расчеты селективности
защит, установленных на смежных участках
системы.
Такие графики « (расчеты характеристик
должны иметься в службе защиты каждой
станции и каждого сетевого района.
В центральной службе защиты системы гра-
фики характеристик и расчеты селективности
должны иметься 1для всей Системы в целом. Не-
обходимо иметь в виду, что графики характери-
стик селективности для всех комплектов защиты
сложной системы шюлучаются слишком громозд-
кими. Такие графики необходимы для расчета *
анализа селективности; для оперативного же
решения (вопросов они являются слишком слож-
ными. Поэтому для «наглядности и шростоты
пользования три решении оперативных вопросов
целесообразно 'иметь (упрощенные (графики се-
лективности, называемые картами установок или
картами селективности защиты.
Указания о параметрах защиты в картах
установок могут быть или детальные или, (наобо-
рот, более упрощенные, в зависимости от «назна-
чения. Подобные карты установок позволяют
легко и наглядно ориентироваться при оператив-
ном решении вопросов, связанных с изменением
защит в действующей системе. «Более подробные
обоснования каждого параметра защиты дол-
жны (быть сосредоточены в приложениях, кото-
рыми при необходимости всегда можно восполь-
зоваться.
19. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРИЙ
Релейная аппаратура относится к типу аппа-
ратов точной {электромеханики. (Поэтому юрга-
низания обслуживания релейной аппаратуры
423
немыслима без наличия соответствующих релей-
ных лабораторий. На ^каждой электростанции
обычно имеется электротехническая лаборато-
рия, 1в которой « «производятся <все испытания
и проверки релейной аппаратуры. 'Однако на
многих подстанциях, а иногда даже в целых
сетевых районах такие лаборатории отсутствуют.
В этих случаях релейная аппаратура для испы-
тания или «проверки направляется в районную
или Центральную лабораторию, географически
часто весьма удаленную от места установки реле.
После проверки и настройки в лаборатории реле
На обязанности центральной лаборатории
возлагаются только типовые испытания сложных
реле -и «схем 'защиты, разработка реконструкции
существующих типов защит исследования и ис-
пытания новых типов защит в условиях эксплоа-
тации на местах. Кроме того на обязанности
центральной лаборатории должен быть инструк-
таж «и контроль .за работой «местных лаборато-
рий м центральных ремонтных мастерских. Ре-
монтные (мастерские должны быть организованы
при каждой лаборатории. На их обязанности
должна лежать (периодическая ревизия и ре-
z
Гл. инЖ.
системы
Центральная
лаборатория
системы
X
Диспетч
служба и
ел. режимов
системы
Отдел экспл.
злектрич
оборудования
системы
Отдел
переспектйо
развития
системы
Фиг. X1V.31. Схема организационной структуры службы релейной защиты энергосистемы.
снова возвращаются на место установки, под-
вергаясь на своем пути различным случайностям.
Естественно, (после дальней перевозки' реле
нельзя гарантировать его полную исправность и,
следовательно, надежность при установке в экс-
плоатацию. Учитывая ответственность релейной
защиты, такой способ {проверки и настройки
реле следует «признать «недопустимым. На каж-
дой из крупных «подстанций необходимо иметь
свою релейно-измерительную лабораторию, а на
более мелких подстанциях—простые испыта-
тельные стенды.
В дополнение к этому в сетевых районах
должны быть организованы передвижные релей-
но-измерительные лаборатории на специально
оборудованных автомашинах, с помощью 'кото-
рых можно было бы легко перебрасывать лабо-
раторию на соответствующие подстанции для
проведения проверки защиты.
424
монт существующих типов защитной «аппаратуры
и .изготовление адовых типов реле и испытатель-
ных установок по заданиям лабораторий.
20. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА СЛУЖБЫ
ЗАЩИТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
Организационная структура службы защиты
энергосистемы зависит от масштаба л сло-
жности энергосистемы, а также от структуры
административно-хозяйственного управления си-
стемы. Однако, возлагая на службу защиты за-
дачи только технической организации и контроля
за работой релейной защиты, наиболее целесо-
образной организационной структурой службы
защиты энергосистемы следует «признать схему,
показанную на фиг. XIV, 31.
Центральная служба релейной защиты систе-
мы находится в непосредственном .подчинении
главному инженеру системы. На каждом пред-
приятии системы («а станции, в управлении се-
тей или в сетевом районе) имеется местная
служба защиты, обслуживающая защиты, уста-
новленные на оборудовании, подведомственном
данному «предприятию.
В административном отношении каждая мест-
ная служба защиты подчинена непосредственно
главному инженеру или начальнику электроцеха
соответствующей станции, сетевого района или
управления сетей. Основные мероприятия, наме-
чаемые центральной службой защиты системы,
утверждаются я (проводятся в жизнь на пред-
приятиях распоряжением главного инженера
системы через главных инженеров соответствую-
щих предприятий.
Центральная служба защиты «системы ведет
техническое руководство и контроль за работой
местных служб защиты через главных инжене-
ров или начальников электроцехов соответствую-
щих предприятий, отчитываясь о своей дея,-
тельности и о результатах работы местных
служб защиты перед главным инженером си-
стемы.
Центральная служба защиты системы ведет
техническое руководство работами центральной
лаборатории релейной защиты системы (наибо-
лее правильно, чтобы центральная лаборатория
непосредственно подчинялась центральной служ-
бе защиты) и группой проектирования защиты но-
вых объектов путем согласования и утверждения
результатов исследований и новых проектов.
Центральная служба защиты системы имеет
оперативную связь с диспетчерской частью и
службой режимов системы три решении слож-
ных -вопросов об изменении схемы коммутации
и режима работы системы. Группа расчетов си-
стемы обслуживает центральную службу защиты
необходимыми расчетами, проводимыми на ра-
счетных моделях.
Кроме того с центральной службой защиты
согласовываются и схемы «перспективного раз-
вития системы, с тем чтобы при решении вопро-
сов об изменении или развитии конфигурации
сети были учтены условия (возможности обеспе-
чения надежной защиты, «как новых сооружений,
так и системы в целом.
При наличии четкой взаимосвязи между (все-
ми отделами и группами управления энергоси-
стемы, показанными на фиг. XIV, 31, условия
для правильной организации эксплоатации за-
щиты ©о .всех ее 'звеньях будут обеспечены.
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
1. Академия наук СССР. Бюллетень Комиссии техни-
ческой терминологии. Под редакцией акад. С. А. Чаплы-
гина и Д. С. Лотте, вып. XXI, 1938. .Терминология реле.
2. Государственный общесоюзный стандарт ГОСТ
711-41. Реле вторичные, защитные.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
1. P. H. Robinson and J. F. Monseth. Relay sys-
tem, 1935. J y
2. К. А. Круг. Основы электротехники, 1932, т. II,
§ 59.
3. Г. И. Атабеков, О. М. Богатырев, влия-
ние вольтовых дуг на замер реактансных реле. «Элек-
тричество» № 1, 1941.
4. Н. Ф. М а р г о л и й. Сопротивления воздушных ли-
ний «передачи, 1937 г., изд. Университета физико-химии и
энергетики им. акад. Н. Д. Зелинского.
5. Н. Neugebauer. Lichtbogenwiderstand und wid*r-
standabhangiger Zeitstaffelschutz .Elektrizitatswirtschaff
№ 15, 1938.
6. C. L. Gi 1 kesоn, P. A. Jeanne, J. С Daven-
port, E. F. Vaage. „Electrical Engineering-, № 4, 1937.
См. также „Энергетическое обозрение- № 7, 1937.
7. А. Б. Чернин. Действие максимальной токовой
защиты ю отсечкой при двойных замыканиях на землю
в компенсированных сетях. Работы треста Теплоэлектро-
проект, 1938.
ГЛАВА ВТОРАЯ
1. Marchall and Langguth. Current Transformer
Excitation Under Transit Conditions .Tr. AIEE", October 1929.
2. H. Pole с k. Die Modern3 Selektive Schutztechnik.
Herausgegeben von M. Schleicher, 1936.
3. Л. Е. Соловьев, А. М. Федосеев. Релейная
защита, гл. IV, 1938.
4. Ф. А. Ступе ль. Использование энергии заряда
конденсаторов для действия отключающих катушек аппа-
ратов. «Электрические станции» № б, 1939.
5. А. М. Федосеев. Токораспре деление в схемах
защит с учетом импеданеов трансформаторов тока. «Элек-
трические станции» № И, 1934.
6. А. Б. Б ар зам. Расчет защиты от замыканий на
землю в сетях с малым током замыкания на замлю. Ра-
боты треста Теплоэлектропроект, 1940.
7. А. Г. Геворков, А. М. Федосеев*. Защита от
замыканий на землю кабельных сетей. «Электрические
станции» № 10, 1935.
8. А. Е. Б а р р о н. Центральный способ питания опе-
ративных цепей защиты на переменном токе. «Электриче-
ские станции» № 9, 1941.
9. Руководящие указания по осуществлению релей-
ной защиты посредством реле прямого действия и на
оперативном переменном токе, 1944.
10. Ф. А. Ступе ль. Реле защиты и автоматики,
1941 '(относится и к последующим главам).
1L И. И. Соловьев. Быстродействующая защита
с помощью максимальных токовых реле (отсечки). «Бюл-
летень Мосэнерго» № 5, 1936.
12. <В. «К. (Спи р ид оно®. Нарядные таблицы «Реле т
защита». Госэнергоиздат, 1941 {относится и к последую-
щим главам).
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
1. Я. М. Смородинский. Улучшение схем защит,
имеющих органы направления энергии. «Электрические
станции» № 9, 1939.
2. Г. И. Ата)бекоэ, Н. П. Лепешииская.
«Электрические станции» № 5—-6, 1940.
3. Л. Е. Соловьев, А. М. Федосеев. Релейная
защита, гл. V, 1938.
4. К. А. Круг. Основы электротехники, 1932, г. П,
§ 84.
б. А.- Г. Г,езорко». Методика расчета защит от
замыканий на. землю генераторов, трансформаторов и ра-
диальных кабельных линий 3—10 kV. Работа треста
Теплоэлектропроект, 1940.
6. А. Б. Чернин. Питание цепей напряжения на-
правленных защит при отсутствии трансформаторов на-
пряжения 35—220 kV. Работа треста Теплоэлектропроект,
1943.
7. А. Б. Барзам. Расчет защит от замыканий на
землю в сетях с малым током замыкания на землю. Ра-
бота треста Теплоэлектропроект, 1940.
8. Руководящие указания по релейной защите, раз-
дел Л-3. Проект, составленный Теплоэлектропроектом,
1942 (должен был заменить раздел Л-3 Руководящих
указаний, т. I, 1937).
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
1. Г. И. Атабеков. Двухфазные схемы дкстан-
циюнных 1заоцит. .«Электричество», 1935.
2. Г. И. Атабеков, Я. М. См ород,ннск ий„
Малорелейные упрощенные схемы дистанционных защит.
«Электрические станции» № 8, 1941.
3. Н. Р о I е с к, гл. IV книги Die moderne Selektiv-
schutztechnik. Herausgegeben von M. Schleiher, 1936.
4. В. Л. Фабрикант. Работа реактансной защиты
при двухфазных замыканиях на землю и замыканиях
между тремя фазами. «Электрические станции» Кя 6>
1938.
5. Г. И. Атабеков. Анализ поведения реактанс-
ной защиты при замыканиях через переходные сопротив-
ления, Работы Теллоэлектропроекта, 1938 (см. также
[Л. I, 3]).
426
6. Руководящие указания по релейной защите. Проект
раздела Л-4, составленный трестом Теплоэлектропроект,
1940.
7. А. Б. Барзам. Тип дистанционных защит. «Элек-
трические станции» № 2, 1932.
8. Руководящие указания по релейной защите. Проек-
ты разделов Л-5 и Л-7, составленные трестом Тепло-
электропроект, 1940.
9. П. К. Фей ст. Быстродействующие блокировки
защит при коротком замыкании в цепи напряжения.
«Электрические станции» № 1, 1941.
10. А. Б. Барзам. Блокировка от качаний с ис-
пользованием О2- Описание см. Лотехин, Блокировки от
ложных действий защит при качаниях. «Электрические
станции» JNfe 9, 1939.
И. Г. И. Атабеков, Я. М. Смородински й.
Модифицированная блокировка от качаний с использова-
нием U% Работа треста Теплоэлектропроект, 1940.
12. В. Л. Фабрикант. Фильтры отрицательной по-
сле довафельности. Диссертация -на соискание ученой
степени кандидата технических наук/ МЭИ им.
В. М. Молотова, 1942.
13. А. Г. Геварков. Способы контроля наличия
напряжения на вторичной стороне трансформаторов на-
пряжения. «Электрические станции» № 1, 1937.
14. П. К. Фейст. Параметры схем контроля .вторич-
ных цепей трансформаторов напряжения. «Электрические
станции», № Ц—12, 1941;
ГЛАВА ПЯТАЯ
1. Н. Ф. Марголин. Зависимость тока небаланса
от параметров схемы дифференциальной защиты. Руково-
дящие 'указания по релейной защите, т. II, раздел Г-2,
1939.
2. А.. Д. Дроздов. Диференциальная эащита транс-
чформаторов. «Электрические станции» № И, 1938.
3. Руководящие указания ло релейной защите, раз-
дел Т-3. Проект, составленный трестом Теплоэлектро-
проект. «Электрические станции» № 5—б, 1940.
4. L. Е. К е n n e d у, С. D. Н а у w а г d. Electrical En-
gineering, V, 1938.
5. Н'КСвязи СССР, Правила ограждения сооружений
связи и сигнализации от вредного действия установок
сильного тока. Госэнергоиздат, 1944.
6. А. Б. Барзам. Контроль состояния соединитель-
ных проводов защиты типа транслей. «Электрические
станции» № 4, 1937.
7. Hander and Bosturek. The Electric Journal,XI,
1938.
8. Испытания защиты НСВ. Работа лаборатории
Теплоэлектропроекта, 1940.
9. Руководящие указания по релейной защите, раз-
дел Л-11. Проект, составленный трестом Теялоэлектро-
проект, 1941.
10. Я. М. Смородине;кий. Модификация реле
серий ИМ-140 и ИМ-300 ХЭМЗ. «Электрические стан-
ции» № 9, 1940.
11. Руководящие указания по релейной защите, т. I,
раздел Л-11, 1937.
12. Воробьев. Упрощенный способ расчета каскад-
ного действия балансных защит. Руководящие указания
по релейной защите, Раздел Л-12. «Электрические стан-
ции» № 9, 1939.
13. В. К. Спиридонов. Испытание электромагнит-
ных -балансных реле типа ЭБ-21/2 ХЭТЗ. «Электрические
станции» № 1, 1939.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
1. Н. Neugebauer. Die Schutzschaltungen, гл. 7
книги Die moderne Selectivschutztechnik. Herausgegeben
von M. Schleicher, 1936. См. также .Siemens Zeitschrift"
№ 3 и 6, 1933 и № 3, 1934.
2. Г. И. Атабекюв, Я. М. Смородине кий.
Новая схема направленной защиты с высокочастотной
1олоки!равхой. «Электрические станции» № 3, 4942.
3. Н. А. Моралев. Дипломный проект по релешюь'
защите, выполненный под руководством А. М. Федосеева.
МЭИ им. В. М. Молотова, 1941.
4. Л. Е. Соловьев, А. М. Федосеев. Релейная
защита, гл. XI, 1938.
5. М. Ф. Мельников, В. 3. Никитский, Е. Дв
С а и и р и Н. В. Черноброво в. Испытания и опыт
эксплоатации высокочастотной защиты Вестингауз. «Элек-
трические станции» № 8, 1941.
G. Н. А. Ульяновский. Высокочастотная часть
направленной защиты фирмы Вестиигауз. «Электрические
станции» № 5—б, 1940.
7. Е. А. Карпович. Применение высокой частоты
в защите линий электропередачи. Издание ВСНИТО.
1940.
8. Я. Л. Б ы х о в с к и й. Высокочастотная связь пс
линиям электропередач, 1943.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
1. Г. Обердорфер. Замыкания на землю и борь-
ба с ними. Перевод с немецкого с дополнениями инж,
В. Л. Майзсль, 1932.
2. Городецкий, Войденоз. Бюллетень ВЭЙ
№ 8, 1934.
3. А. Г. Ге вор ко в, А. М, Федосеев. Защита
кабельных сетей от замыканий на землю, «Электрические
станции» № 10, 1935.
4. В. Л. Фабрикант. Резервная направленная за-
щита с высокочастотной блокировкой. Руководящие ука-
зания по релейной защите. Раздел Л-1 а. Проект, со-
ставленный трестом Теплоэлектропроект, 1940.
5. А. Б. Барзам. Резервная релейная защита
сложных электрических сетей. Технико-информационный»
бюллетень треста Теплоэлектропроект № 7, 1937.
6. Руководящие указания по «релейной защите сетей.
РаздеЛы Л-1 а, Л-1 б и Л-1 в. Проекты. Составлены тре-
стом Теплоэлектропроект, 1940—1941.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
1. А. П. Плешко. Новые системы' защит.«Электри-
ческие станции» № 3, 1942; «Вестник электропромыш-
ленности» 1940.
2. Н. Ф. М а р г о л и н, А. Б. Ч е р н и н. Метод рас-
чета токов при -внутренних замыканиях в синхронных ге-
нераторах, 1937.
3. М. Ф. Костров. Анализ внутренних поврежде-
ний в генераторах с двумя ветвями. Работа МЭИ
им. В. М. Молотоаа, 1937.
4. М. Ф. Костров. Двухобмоточные генераторъи
(повреждения в них и методы защиты. Диссертация на
соискание ученой стапенч кандидата технических наук.
МЭИ ИМ'. В. М. Молотова, 1936.
5. А. А. Филь>штинский. Новые схемы защиты
от замыканий между витками одной фазы. «Электриче-
ские станции» № 3, 1936.
6. Гее сен и Рузин. К вопросу о допустимых то-
ках замыкания на землю. «Электрические станции» № 4Г
1936.
7. В. И. Иванов, Н. П. Поташев. Повреждения
железа генераторов при замыкании обмотки статора на
корпус. Работа лаборатории им. проф. Смурова. ЛЭИ
им. В. И. Ленина, 1939.
8. Н. Neugebauer. Die Schutzschaltungen, Die
Projektierung von Schutzschaltungen, гл. 7 и 8 из книги
Die moderne Selectivschutztechnik. Herausgegeben von
M. Schleicher, 1936.
9. Руководящие указания но релейной защите, т. II,
1939.
10. Руководящие указания по релейной защите в осо-
бых условиях, 1942.
И. А. Г. Ге>ворков. Методика расчета защит от
замыканий на землю генераторов, трансформаторов и ра-
427
диальных кабельных линий 3—10 kV. Работа треста
Теплоэлектропроект, 1940.
12. Сатаров. Схема защиты от замыканий на зем-
лю генераторов. Работа Мосэнерго, 1940.
13. R. Dub use. Extrait de „La Tecnique Moderne"
т. XXVIII, № 17 и 20, 1936.
14. С. Н. И к он ник о-в. Разработка схем защиты
цепи возбуждения генераторов. Лабораторная работа
треста Теплоэлектропроект, 1940.
15. Р. Рюденберг. Неустановившийся режим, 1930.
16. Н. Ф. М а р г о л и н. Гашение поля синхронных
генераторов но схеме переключения обмотки ©озбужде-
ния на разрядное сопротивление. Труды МЭИ им.
В. М. Молотова № 2, 1938.
17. И. И. Соловьев. Гашение «поля больших син-
хронных генераторов. Издание МИНХ им. Плеханова,
1930.
18. Ф. А. Дементьев. Противопожарные защиты
турбогенераторов и генераторов паром. «Электрические
станции» № 2, 1937.
19. И. В. Ивайов. Противопожарные устройства
турбогенераторов. «Электрические станции» № 4, 1933.
20. Руководящие указания по релейной защите,
гом II, 1939.
21. Е. Г. Комар. Экшлоатацчя турбогенераторов,
1943. л
22. Г. В. 3 е в е к е, ДиференциаЛьная защита элек-
трических машин, «Электрические станции» № 1, 1940.
23. Е. Г. М а р к в а р д т. Защита генераторов от за-
мыканий на землю с помощью трансформаторов тока ну-
левой последовательности типа Ферранти. «Электрические
^станции» № 8—9, 1938.
24. П. П. Виноградов. Новая схема защиты ге-
нераторов от замыканий на землк£ «Электрические стан-
ции», 1934. i
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
1. Л. М. Шницер. О допустимой перегрузке транс-
форматора. «Электричество» № 12, 1938.
2. Инструкция НКЭС по эюсплоатационным перегруз-
кам трансформаторов, 1941.
3. Руководящие указания по релейной защите, т. II,
раздел T-I, 1939.
4. Руководящие указания по релейной защите, раздел
Т-3. Приложения. Проект, составленный трестом Тепло-
электропроект, 1940.
5. Руководящие указания по релейной защите, т. II,
раздел Т-2, 1939.
6. Руководящие указания по релейной защите, осуще-
ствляемой с реле прямого действия и на оперативном
переменном токе, 1944.
7. И. И. Соловьев. Раздельная днференциалъная
защита трансформаторов. Бюллетень Мосэнерго № 10,
1936.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
1. Руководящие указания по релейной защите, т. II,
раздел А-2, 1939.
2. А. Б. К р и к у н ч и к. Защита агрегатов генератор-
трансформатор от замыканий на землю. «Электрические
станции», № 10—-12, 1940.
3. П. И. Р ы ж о в. Известия Ленинградского электро-
техначеского института, ©ьш. XX, 1937.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
1. Л. Е. Соловьев, А. М. Федосеев. Релейная
зашдоа, гл. XIV, 1938.
2. И. И. Соловьев. Защита 110-кв шин. «Бюлле-
тень Мосэнерго», № 5, 1936.
3. Wentz, Sonneman. „Electrical Engineering*. .
August, 1940.
4. А. Г. Ге<в)о-рков, А. М. Федосеев. Релейная
защита шин электрических систем.' «Электрические стан-
ции» № 10, 1934.
5. Коц. Схемы защиты элементов станций. Работа
СЗО треста- Теплоэлектропроект, 1940.
6. Руководящие указания по релейной защите, раз-
дел Л-13. Проект, составленный трестом Теплоэлектро-
проект, 1941.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
1. И. А. С ы .р о м я т н и к о в. Влияние кратковремен-
ных перегрузок на сокращение срока 'службы изоляции
двигателей. «Электрические станции» № 8, 1940.
2. Руководящие указания по релейной защите, т. II,
раздел АД-1, 1939.
3. И. А. Сыромятников. Основные соотношения
для асинхронных двигателей. «Электрические -станции»
№ 4, 1935.
4. Руководящие указания по релейной защите, т. II,
раздел АД-1, 1939.
б. С. А. Лебедев, П. С. Жданов. Устройчивость
параллельной работы электрических систем, 1933.
6. Руководящие указания по релейной защите, т. II,
раздел АД-1, 1939.
7. Н а 1 b e г g. New Developments in Synchronous
Motor Control. .Ceneral Electric Review", № 5, 1933.
8. А. Б. Б а р з а м. Релейная защита синхронных дви-
гателей большой мощности. «Электрические станции»
№ 4, 1936.
9. Crlchton. A System out of Step and its Relay
requierment. „Electrical Engineering". Oktober, 1937.
10. В. Л. Фабрикант. Отчет по испытанию за-
щиты синхронных двигателей от асинхронного хода по-
мощью токовых реле с ограниченно-зависимой характери-
стикой. Работа треста Теплоэлектропроект, 1943.
11. Б М. Эп штейн. Системы ХЭМЗ для управле-
ния синхронными двигателями. «Вестник электропромыш-
ленности» № 3, 1940.
12. Основные положения по проектированию станций,
подстанций и сетей. Раздел релейной защиты, 1944.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Авария, 5
Автоматическое устройство для га-
шения магнитного поля генера-
тора, 292
Автотрансформатор ВУ-25 завода
ХЭМЗ, 309
Б
Балансная токовая защита, 213, 215
Балансное токовое реле, 213
Блокировка дистанционной защи-
ты, 172
— диференциальной токовой за-
щипы трансформатора, 315
— максимальных направленных
защит, 128
Блокирующее реле, 189
В
Векторная диаграмма трансформатора
напряжения, 116
— — трансформатора тока, 55
Виды повреждений -в сетях, 13
Включение вторичного 'реле макси-
мального тока косвенного дей-
ствия, 34
— вторичного реле максималь-
ного тока прямого действия,
35
— первичного реле максимально-
го тока косвенного дейст-
вия, 35
— первичного реле максимально-
(го тока прямого действия, 34
Время (Полного гашения ма/гнигного
лоля, 292
Вспомогательная защита, 240
Выпадение синхронных двигателей
из синхронизма, 365
Высокочастотный аппарат, 226
Вестингауз, 233
— — лаборатории им. Смуро-
ва, 232
Г
Газовая защита трансформаторов,.
323
Газозое реле, 323
Гашение магнитного ноля генера-
тора, 292, 293
Генератор, 'виды повреждений, 257
— ненормальные режимы рабо-
ты, 257
—• полная 'схема защиты, 297
—- сверхтоки в обмотках, 257
Д
Двигатель, сверхтоки, 363
Двойные замыкания на землю, 28
Двухфазные замыкания на зем-
лю, 25
Дистанционная защита, 12, 131
• быстрота действия, 179
—• — выдержка времени, 132
—■ — надежность, 179
—■ — органы выдержки времени,
135, 140, 141
• органы направления мощ-
ности, 164
основные органы, 132
Дистанционная защита, пусковой
орган, 161
• пусковой орган диферен-
циальнюго напряжешь я, 164
пусковой, орган максималь-
ного тока, 161
минимального импе-
данса, 162
с высокочастотной блоки-
ровкой, 236
— — секций шин, 339
селективность действия,
179
— —■ ток трогания импедансных
пу сковых органов, 163
— — чувствительность, 179
Диференциальная защита, 12, 180
выдержка времени, 183
генератора с трансформа-
торами тока типа Ферран-
ти, 268
ганератора типа A SEA 268
линии типа HGB, 199
мощности нулевой после-
довательности. 274
от однофазных замыканий
на землю, 273
— — повышение чувствительно-
сти, 184, 185
с блокирующим реле, 188
-с -реле с тормозными об-
моткам®, 188
с уравновешенными! напря-
жениями, 180
— — с циркулирующими тока-
ми, 1в0
схемы, 165, 180
типа транслей, 190
— — ток трогания, 183
трансформатора, 310
характеристики действия
193
Диференциальная направленная по-
перечная, защита, 205
— токовая защита агрегатов, 334
генератора, 265
. с реле с тормозны-
ми обмотками, 267
Дифференциальная токовая попереч-
ная защита, 202
—, . — мертвая зона, 203
защита трансформаторов,
307, 308
(С блокирующими ре-
ле, 321
трансформаторов с реле
типа транслей, 322
, —. трехобмоточных транс-
форматоров, 313
Диференциальная токовая защита
шин, 344, 345, 349, 351
Диференциальное реле с тормозным
действием от высших гармониче-
ских, 194
3
Заземление искусственно созданной
нулевой точки системы, 272
• —^ нулевой точки системы гене-
раторного напряжения, 271
— нулевых точек генератора че-
рез общее сопротивление, 272
—• 1 системы генераторного
напряжения, 269
Заземляющее устройство, 271
—■ — автоматика, 247
Замер сопротивлений реактансными
омметрами, 152
Замыкание в генераторе, 261 , «
— между .двумя фазами ли-
'НИИ, 16
—- — тремя фазами линии, 14
— одной фазы офмотки статора
на землю, 268
Защита агрегата генератора-транс-
форматора, 327
■ -от сверхтоков, 335
от однофазных замыканий
на землю, 332
— асинхронных двигателей, 356,
379
— воздушных компенсированных
сетей напряжением 35 kV, £49
— генераторов, 256
—• — от замыканий между вит-
ками обмоток статора, 286
— двигателей от Многофазных
замыканий, 368
от сверхтоков посредством
термических р&ле, 371
Защита двигателей от аверхтоков
посредством максимальных токо-
вых реле, 375
— демпферных обмоток синхрон-
ных двигателей, 385
— кабельных сетей напряжением
3—10 kV, 247
— кольцевой сети с двумя (ис-
точниками питания, 251
— линий типа транслей, 194
—- максимальной мощности без
429
нулевого трансформатора то-
ка, 278
— — — (нулевой последователь-
ности, 124, 125, 274
нулевой (Последователь-
ности с заземлением ис-
кусственно созданной
иулевой точки вне за-
щищаемой зоны, 280
—- — мощности с использовани-
ем трансформаторов .тока
1диференциалькой защиты,
284
-- (минимального напряжения дви-
гателя, 377
, ,е токовой блокировкой,
261, 303
— на пгиносоедини тельном вы-
ключателе, 419
~* обмотки возбуждения от за-
(мыканий на землю, 289
— от замыканий на землю в
двух .точках цели возбужде-
ния, 191
— -~* —i — — as одной точке це-
пи возбуждения,
290
— (радиальной линии, питающей
несколько понижающих транс-
форматоров, 251
питающей трансформа-
тор, 250
Зашита сетей с наглухо заземлен-
ной нулевой точкой напряжением
110 kV, 254
— синхронных двигателей, 356
. —, от выпадения из син-
хронизма, 382
— — компенсаторов, 385
— сложной сети 35 kV, 252, 253
— трансформаторов, 298
— цепочки радиальных линий с
односторонним пи'танием, 251
— шин, 336
И
И)Мредаш!Сное реле, 170
Индукционная система, 48
Иидукци<онно-динамическое (реле на-
правления мощности, 97
Индукционное реле ИИ-120 ХЭМЗ,
138
— — направления мощности, 93
__ — _ — £ барабанчиком, 95
типа ИМ-142 завода
ХЭМЗ, 94
— — солрошвления, 137
Инструкция по обслуживанию за-
щиты, 421
К
Качания в системе, 32
Комбинированная защита (макси-
мальной мощности нулевой по-
следовательности',, 281
Комбинированный фильтр защиты
НСВ, 200
Коэфициснт отсоса, 84
—* полноты замыкания на зем-
лю, 34
430
М
Максимальная направленная защита
•нулевой последовательности, 128
-— • основные органы, 89
— токовая защита, 12, 37
быстрота действия, 76
— генератора, 258
—• двухобмоточнаых транс-
форматоров, 300
—. монтажная схема, 392
> — надежность, 76
нулевой " последователь-
ности, 80, 81
—, —, — развернутая схема, 75
селективность, 76
—, с отсечкой, 77
— • схема, 73
—, —. __ трехобмоточных Ttpanc-
форматоров, 304
_. чувствительность, 76
—* — — шин, 337
—* —* ^ _ с блокировкой, 338
» направленная защита, 88
— , — ч:хема, 122
Максимальное допустимое !время
действия защиты в сетях, 243
—* токовое реле, 34
Мертвая .зона органа направления
диференциальной направленной
* защиты, 209
Монтаж (релейной защиты, 386
Мощность трогания реле, 87
Н
Направленная защита, 86, 88
— — каскадное действие, 91
с блокировкой, 12, 217
к действия при поврежде-
ниях на линиях с одно-
сторонним питанием, 225
-с блокировкой, органы на-
правления мощности, 221,
222
— — с блокировкой, поведение
при качаниях, 222—224
.<i_ пусковые органы, 220,
221
— — с высокочастотной блоки-
ровкой, 226
с деблокировкой, 218
— — ток трогания реле, 91
'Напряжение небаланса, 121
Неполная токовая Дйфе1рен|циальшя
защита шин, 353
О
Обрыв фазы, 31
Однофазное замыкание на землю в
системе с изолированной нулевой
точкой, 23
на землю в системах с на-
глухо заземленной нулевой
точкой, 19
Основная защита, 240
П
Панель' щита релейной защиты, 389
Лерегрузка, 5
— двигателей, 357
Перегрузка трансформаторов, 298
Переключательное устройство, 39&
(Переходное сопротивление в месте
повреждения, 21
Период качаний, 32
Плавкий предохранитель, 11
Повреждение стали генераторов, 27(*
Полная схема защиты максимальной
мощности, 282
Поляризованное диференциалыаое
<реле, 201
Поперечная дифереициальная на-
правленная защита, 210
• токовой защиты гакерато-
ipa, 286
Принцип защиты сетей, 239
Проверка защиты, 401
■— шоляции схемы защиты, 402
—• монтажной схемы с помощью
телефона, 402
—• правильности включения ди-
ференциалыюй защиты транс-
форматора, 412
_ —, включения реле направле-
ния мощности нулевой по-
следовательности!, 415
включения реле направле-
ния мощности под рабочие
током, 412
схем включения защиты,
407
— «реле на заданные характери-
стики, 416
«Проектирование релейной .защиты,
386
Реакгавсная защита, 167
Реактансное «реле, 171
(Резервная защита, 240
Реле, б, 11
— ооспрИ1Н1И1мающий орган, Id, 12
— ©ремени типа ЭВ-180 ХЭМЗ>
46
— индукционное с короткоаамк-
Нгутым (витком), 48
— —г со сложным магнитшрово-"
дом, 51
— исполнительный орган, М
— ИТ-156 ХЭМЗ, 318
— классификация, 12
— максимального импеданса ти-
па ИИ-120, 138
■ реактанса типа ИР-105-
ХЭМЗ, 139
тока типа ИТ-80 ХЭМЗ,
52
— — тока типа КАМ, 53, 54
■ ЭТ-60 ХЭМЗ, 45
—• мощности, 87
— направления мощности, дейст-
вие при (различных видах по-
вреждения, 108, 111, 112
-—■ направления мощности мерт-
вая зона, 92, 114
. — повышение «иувствйгель-
ности, 115
самоход, 92
, — схемы включения, 105,
106
— -— — удерживающее устрой-
ство, 103
— • Характеристика, 97
Реле, органы, 11
— промежуточное ХЭМЗ, 47
— сопротивления типа №1-51
ХЭМЗ, 142
— с поворотным якорек., 44
— -е тормозными обшками», 186
— тша КР-121 ХЭМЗ, 319
— транслей, 190
Релейная затрата, 5
— — быстрота действия, 7
классификация, 12
— — надежность, 9
■ селективность, 7
чувствительность, 8
С
Сверхтюки, 31
— в асинхронных двигателях,
360
Стщ&щттое понижение: напрявке-
шя на зажимах двигателя, 361
Спец-зальная ©аяцита шин» от одно-
фазных замыканий на землю, 355
Грека плановых проверок защит,
430
Структура защиты энергосистемы,
424
Cxe-vts Гуммеля, 99
— оперативного тока токовой
защиты, 70
-— яриюоедииеяия омметров, 143
— соединения трансформаторов,
тока и реле, 56, 57
Т
Термическое (реле, 371
тша ТТ-20 ХЭМЗ, 373,
374
Техническая документация, 421
Трансформатор внутренние повреж-
дения, 305
— напряжения, 115
• векторная диаграмма, Г16
■ каскадный, 117
номинальный^ кюэфициент
трансформаци», 117
—< — погрешность в напряжении,
117
— — погрешность в угле, 117
—• схемы соединения, 118
трехфазный, 120
— тока нагрузка в^ схемах за-
щит, 69
погрешность в токе, 68
— .__ — в угле, 68
— .Феррангщ 64
Ток 'возврата (реле, 42
— намагничивания трансформато-
ров -тока при переходных
нроцессах, 63
— небаланса, 61, 182
— сквозного короткого за'мыка-
а-гая для трансформаторов, 299
— трогания диференодаальной то-
ковой защиты1 траисформато-
ра, 314
—- — .защиты синхронных двига-
телей, 370
Ток трогания реле, 42
Токовая диферешумкльная защита
шин, 343
Токовая защита время звдетщишной
ошибки реле, 38
— — выдержка времени, 37
«ступень выдержки време-
ни, 38
ток трогания, 36
Трехфазное электродииалшчекжое ре-
ле направления мощности, 100
У
Углекислотная установка для ту-
шения в генераторе пожара, 296
Удерживающая катушка напряже-
НИ1Я, 103
Указатель чередования фаз, 408
Уравнение нагрева двигателя, 357
Условные шображения реле макси-
мального тока, 36
Учет работы релейной защиты, 421
Э
Эле;Ктродина(м»И1чеакое реле направ
лени я мощности с косинусной
характеристикой, 96
Электромагнитная система, 41
—■. — |броне(вой тип, 41
ловоротный тип, 41
'Клапанного типа с котют-
козамкнутъш витком, 43
.клапанный тип, 41
• (С поворотным якорем», 41
Электромагнитное реле сопротшухе-
шня, 136
Электрический центр, 32
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение 5
Г'л а- в а первая
ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ
РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ
СЕТЕЙ
1. Виды ^повреждений 13
2. Замыкания между тремя фазами 14
3. Замыкания между двумя фазами 16
4. Однофазные замыкания на <землю в системах
с наглухо заземленной нулевой точкой .... 19
5. Переходные сопротивления в месте повреждения 21
5. Однофазные замыкания на землю в -системах
с малыми токами замыкания на землю .... 22
7. Двухфазные замыкания на землю 26
8. Двойные замыкания на землю 28
9. Обрыв фазы 31
10. Ненормальные режимы работы 31
7. Вспомогательные реле ХЭМЗ 46
8. Использование индукционного принципа для реле
максимального тока 48
9. Реле максимального тока тина ИТ-80 ХЭМЗ . . 52
10. Реле максимального тока типа КАМ завода
«Электроаппарат» 53
11. Схемы соединений трансформаторов тока и обмо-
ток реле 54
12. Условия работы трансформаторов тока в схемах
защит 65
13. Схемы оперативного тока защиты 70
14. Полные схемы максимальной токовой защиты . . 73
15. Развернутые схемы защит 75
16. Область применения максимальной токовой зашиты 76
17. Максимальная токовая защита с отсечкой ... 77
18. Максимальная токовая защита нулевой последова-
тельности для сетей с наглухо заземленной нуле-
вой точкой 80
19. Максимальная токовая зашита нулевой последо-
вательности для сетей с малыми токами замыка-
ния па землю 81
Глава вторая
МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
1. Принцип действия защиты 34
2 Ток трогания защиты 36
3. Выдержка времени защиты 37
4. Основные требования, предъявляемые к конструк-
циям реле хмаксималыюго тока 39
5. Использование электромагнитного принципа для
реле максимального тока . 41
6. Реле максикмального тока типа ЭТ-60 завода
ХЭМЗ 45
432
Глава третья
НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА
1. Назначение 86
2 Реле мощности 87
3. Направленность релз мощности .87
4. Основные оргзны максимальной направленной за-
щиты " . 89
5. Встречно-ступенчатый принцип подбора выдержек
времени 89
6. Токи ттрюганивя реле пусковых органов 91
7. Основные требования, предъявляемые к реле на-
правления мощности 91
8 Принципы действия реле направления мощности 92
9. Характеристики реле направления мощности ... 97
10. Способы изменения внутреннего угла 7/? реле «на-
правления мощности 99
П. Основные конструктивные разновидности реле на-
правления мощности 100
12. Удерживающие устройства 102
13. Особенности основных способов включения кон-
тактов реле в схемах защиты . . .' 103
14. Схемы включения реле направления мощности . . 105
15. Типовые схемы включения реле направления мощ-
ности 106
16. Различные значения угла сдвига -и влияние их на
работу реле направления мощности 107
17. Условия действия реле направления мощности при
различных видах повреждения в сети 108
18. Условия действия реле направления мощности при
замыкании за силовым трансформатором с соеди-
нением обмоток звезда-треугольник 111
19. Действие реле направления мощности на непо-
врежденных фазах . . . * П2
20. Расчет мертвой зоны реле направления мощности 114
21. Повышение чувствительности действия реле на-
правленна мощности 115
22. Трансформаторы напряжения . -. . . . -. . . % 115
23. Схемы соединения трансформаторов напряжения 118
24. Схемы выполнения максимальной токовой направ-
ленной защиты 122
25. Область применения ^максимальной токовой на-
правленной защиты 123
26. Защита максимальной мощности нулевой последо-
вательности для сетей с наглухо заземленной ну-
левой точкой 124
27. Защита максимальной мощности нулевой последо-
вательности для сетей с малыми токами замыка-
ния на землю 125
28. Максимальная направленная защита нулевой по-
следовательности для сетей с наглухо 'заземлен-
ными нулевыми точками 128
29 Блокировка максимальных направленных защит
при двойных замыканиях на землю -. 128
30. Питание цепей напряжения направленных защит
при отсутствии измерительных трансформаторов
напряжения в сети данного высокого напряжения 130
Глава четвертая
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
1. Принцип действия VS1
2. Юкшошше органы защиты 132*
3. Характеристики выдержки времени 132
4. Органы выдержки времени 135
5. Использование (жяовентодействующюс реле со-
противления для органов выдержки времени . . 13$
6. Использование для органов выдержки времени
реле, действующих с временем, соответствующим
замеряемому сопротивлению : 142
7. Схемы присоединения омметров 143
8. Замер 'сопротивлений при двойных замыканиях на
землю 151
9. Замер сопротивлений реактансными омметрами . .152
10. Ошибки в замерах сопротивлений омметрами . . 154
11. Фиксация мгновенного замера сопротивлений ом-
метрами 16G
12. Учег коэфициентов трансформации измерительных
трансформаторов при определении сопротивлений
на зажимах реле 160
13. Пусковые органы ....'. 161
14. Органы направления мощности 164
15. Принципиальные схемы дистанционных защит . .165
16. Устройства для предотвращения неправильного
действия дистанционной защиты при нарушениях
цепей напряжения 168
17. Поведение дистанционной защиты при качаниях и
выходе из синхронизма параллельно работавших
синхронных машин . . -. . . . * 170
18. Устройства для предотвращения неправильного
действия* защит при качаниях . . • 172
19. Фшгьтры напряжений отрицательной последова-
тельности 176
20. Оценка дистанционного принципа' и область его
применения 179
Глава пятая
ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
1. Принцип действия '80
2. Токи небаланса 182
3. Ток трогания и выдержка времени диференциаль-
ной защиты , . 183
4. Оценка диференциального принципа 183
5. Способы повышения чувствительности 184
6» -Включение последовательно с реле добаврчного
сопротивления -84
433
7. Повышение чувствительности диференциальных за-
щит при использовании реле с тормозным дей-
ствием 183
3 Применение реле с тормозными обмотками . . . 1£6
9. Применение блокирующих реле 189
J0. Дифереициальная защита типа транслей . . . .1^0
П. Сравнение способов повышения чувствительности
диференциальных защит 193
12. Применение реле с тормозным действием от выс-
ших гармоник тока небаланса 194
!3 Защита линий типа транслей 19J
14. Диференциальная защита линий типа НСВ т . . iS9
15. Поперечные диференциальные защиты параллель-
ных линий 502
1G. Диференциальная токовая поперечная защита . . 202
17. Диференциальная направленная поперечная защита 205
J8. Балансная 'токовая защита 213
3. Влияние конфигурация сети на ее релейную за-
щиту 241
4. Требования ко ©раиеяш действия защиты „ . . . 243
5. Влияние режима заземления нулевых точек си-
стемы на ее релейную защиту <' . . . 243
6. Схемы для создания искусственного тока замыка-
ния на землю в сетях с малыми токами замыка-
ния на землю 245
7. Защита кабельных сетей напряжением 3—10 kV
с малыми токами замыканий на. землю 247
8. Защиты воздушных компенсированных сетей на-
пряжением 35 kV 249
9. Защиты сетей с наглухо заземленной нулевой точ-
кой напряжением 110 kV и выше 254
10. Специальные методы резервирования 255
11. Размещение защит по трансформаторам тока и
защиты на шиносоединительных выключателях . • 255
Глава шестая
НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА С БЛОКИРОВКОЙ
JL Принцип действия 217
2. Принципы выполнения схем .' 217
3. Основные органы защиты 219
4 Поведение защиты при качаниях и асинхронном
ходе 222 ,
.5. Действие защиты при повреждениях на линиях
с односторонним питанием • . . 225
5. Основные части направленной защиты с высоко-
частотной блокировкой 226
7. Принципиальное выполнение релейной части на-
правленной защиты с блокировкой при протекании
тока по каналу связи в момент повреждения . . 229
8. Принципиальные схемы включения высокочастот-
ных аппаратов 232
9. Комбинация направленной защиты с высокочастот-
ной блокировкой и дистанционной защиты . „^ . 234
=■10. Пример выполнения дистанционной защиты с вы-
сокочастотной блокировкой 235
Л1. Оценка принципа направленной защиты с блоки-
ровкой и область его применения 238
Глава седьмая
ВЫБОР ПРИНЦИПОВ ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ
1, Зоны действия защит 239
2. Основные и дополнительные (резервные н вспомо-
гательные) защиты 240
434
Глава восьмая
ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ
1. Назначение защиты ♦ • , 256
2. Виды повреждений и ненормальных режимов ра-
боты генераторов 257
3. Виды защит . * , . . . 257
4. Причины возникновения сверхтоков 257
5. Максимальная токовая защита 258
6. Защита минимального напряжения с токовой бло-
кировкой • 260
7. Внутренние замыкания в генераторе 261
8. Продольная диференциальная токовая защита . « 265
9. Повышение чувствительности продольной диферен-
циальной токовой защиты 267
10. Общая характеристика замыкания одной фазы об-
мотки статора на землю 268
11. Заземление нулевых точек системы генераторного
напряжения 269
12. Способы заземления кулевых точек 271
13. Использование диференциальной защиты как за- •
щиты от однофазных замыканий на землю . . - 27.3
14. Защита максимальной мощности нулевой последо-
вательности с компенсацией тока небаланса . . . 274
15. Варианты выполнения защит генераторов от замы-
каний на землю по схеме максимальной мощ-
ности с компенсацией тока небаланса 284
16. Защита генераторов от замыканий между витками
обмоток статора • 286
17. Назначение защиты цепи возбуждения . . . - * 288
118. Защита обмотки возбуждения от замыканий на
землю 283
19. Устройство для гашения магнитного ноля генера-
торов 292
20. Противопожарные устройства 295
21. Пример полной схемы защиты генератора мощ-
ностью 12 MW, напряжением 6,3 kV, работающего
непосредственно т глины (фиг. VIII, 76) . „ . . 297
Глава девятая
ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
1. Назначение защиты ..,».......„. 298
2. Перегрузка трансформаторов •*•..„... 298
3. Сквозные короткие замыкания , . ' 299
4. Максимальная токовая защита двухобмоточных
трансформаторов . . „ „ 300
5. Защита минимального напряжения с токовой бло-
кировкой f . . 303
6. Максимальная токовая защита трехобмоточных
трансформаторов „ „ 304
7. Внутренние повреждения в трансформаторах . . 305
8. Особенности диференциальной токовой защиты
трансформаторов- 307
9. Диференциалъная токовая защита при соединении
обмоток трансферматора по схеме звезда-звезда 308
Ж Диферетщиальная токовая защита при соединении
обдоток тфансформатоюа по схеме звезда-тре-
угольник ...... 310
П. Дюферешщальная токовая защита трехобмоточных
трансформаторов 313
22. Ток троганкя диференциальной токовой защиты
трансформатора , 314
23. Блокировка диференциальной токовой защиты
трансформатора - от броскоз тока намагничивания 315
34. Способы повышения чувствительности диферен-
цаальных токовых защит трансформаторов . „ . 317
!5. Диферекциальиая токовая защита трансформаторов
5?ри помощи реле с тормозными обмотками . . .317
16. Диферетщиальная токовая защита трансформато-
ров с применением блокирующих реле ..... 321
37. Диференциальная токовая защита трансформаторов
с реле типа транслей 322
38. Защита с реле, имеющими торможение от высших
гармонических 322
I& Рекомендуемые способы -повышения чувствитель-
ности дифереициальных защит ....*... 323
20. Газовая защита трансформаторов ....... 323
21. Осуществление газовой защиты на оперативном
переменном токе 325
22. Назначение и существующие способы выполнения
специальных защит трансформаторов от однофаз
ных замыканий на землю
23. Максимальная токовая защита нулевой лоследова
1ельност« . . .
24. Защита максимальной .мощности нулевой последо-
вательности с компенсацией тока небаланса . .
326
326
326
Глава десятая
ЗАЩИТА АГРЕГАТОВ ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР
L Назначение защиты 327
2. Принцип выполнения защиты генераторов от одно-
фазных замыканий на землю , . о 327
3. Параметры токовой защиты нулевой последова-
тельности • . . . . 329
4. Схемы защиты от однофазных замыканий на землю 332
5. Особенности диференциальной токозой защиты
агрегатоз 334
Р». Особенности защиты агрегатов от сверхтоков . „ 335
7. Требования, предъявляемые к автоматам гашения
поля для агрегатов .......«<•..• 336
Глава одиннадцатия
ЗАЩИТА ШИН
1. Виды повреждений *>36
2. Требования,' предъявляемые к защите шин . . . 336
3. Максимальная токовая защита нормального выпол-
нения о • • 33?
4. Максимальная токовая защита с блокировкой от
максимального реле тока и реле направления мощ-
ности '..,..• * 338
5. Дистанционная защита < * 339
v>. Диференциальный пришил . . . 342
*". Диферетщиальная токовая зашита для шин с эле-
ментами, работающими нормально на одной системе 344
S. Дифференциальная токовая защита для шин с фик-
сированным распределением элементов между си-
стемами *. 345
9. Диференциальная токовая защита шин, не требую-
щая фиксированного распределения элементов меж-
ду системами 349
10. Диференциальная токовая защита шин, скоммути-
розанных по американской схеме - 351
П. Расчет дифереициальных защит шин ...... 351
12. Неполные диференцпальные защиты шин . . о 35$
13. Специальные защиты шин от однофазных замыка-
ний на землю • 355
43*5
Г л а в а д ь е к а д ц а т а я
ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ И СИНХРОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
1. Назначение защиты .......«.*.'.. 356
2. Перегрузка двигателей . .*...'•...*, . 357
3. Сверхтоки в асинхронных двигателях, обусловлен-
ные понижением напряжения 360
4. Выпадение синхронных двигателей из синхронизма 365
5. Защита двигателей от многофазных замыканий . 368
6. Защита двигателей от езерхтоков посредством тер-
мических реле . . . .' • . ,371
7. Термические «реле типа ТТ-20 ХЭМЗ .-.'.*. .373
8. Защита двигателей от 'сверхтоков посредством
максимальных токовых реле с ограниченно-зависи-
мыми характеристиками - 375
9. Защита минимального напряжения .' .* • .' .' • . 377
10. Специальные защиты синхронных двигателей от
выпадения из синхронизма ." . . 382
11. Специальные защиты демпферных обмоток сип*
хронных двигателей. , .'.'.'. о . .".'.'. « 385
12. Особенности зчщиты синхоо.шых компенсаторов . 385
Глава тринадцатая
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОНТАЖ РЕЛЕЙНОЙ v
ЗАЩИТЫ
1. Основные требования .' .' ..'.'/."....' . 386
2. Влияние схемы силовой коммутации на работу
* защиты ............ 387
«
3. Требования эксплоатации к разработке проекта и
выполнению монтажа защиты 387
4. Раскладка и крепление проводов на панелях
защиты 392
5. Клеммиые сборки и устройства для.измерения то-
ков в токовых цепях . ." . .'...;•*•«• 394
8. Маркировка вторичных цепей защиты / ■ * . • 397
Глава четырнадцатая
ЭКСПЛОАТАЦИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
1. Объем работ . , . в . . . . 0 400
2. Определение соответствия защит условиям работы
системы и отдельных ее элементов . . . , . . 400
3. Расчет параметров и настройка защит ..... 400
4. Испытания релейной защиты 400
5. Основные составляющие программы проверки за*
щиты _ 401
6. Типовая рабочая программа проверки диферея-
циальной защиты трансформаторов с реле типа
КР-121 404
7. Влияние внутреннего сопротивления измерительных
приборов на результаты проверки защиты ." * . . 406
8. Проверка правильности схем включения защиты с
^ помощью векторных диаграмм токов и напряжений 407
9. Проверка правильности включения диференциалъ-
ной защиты трансформатора ,412
10. Проверка правильности включения реле направле-
ния мощности под рабочим током .* . . . . .\. 412
11. Проверка правильности включения реле наираоале- \
ния мощности нулевой последовательности под ра-
бочим током ".'.'..'. 415
12. Проверка и настройка реле на заданные характери-
стики " 41&
13. Проверка схемы защиты в целом с действием на
отключение выключателей ." .' .' . .; . . . .„417
14. Защита на шиносо едините льном выключателе . . 419
15. Сроки плановых прозерок защит , . «' . .' *' 9 420
16. Учет работы релейной защиты 1 . . . 421
17. Инструкция по обслуживанию защиты 421
18. Техническая документация по защите . . . . • 421
19. Организация лабораторий .'....*.'„ . • . 423
20. Организадионная структура службы защиты энер-
госистемы ;.,.;<.*.«♦.. 424
Указатель литературы 426
Алфавитный уюзатель .....«• .о». » 429
Технический Редактор Ио М. Скворцов
A1389J. Сдчно в производство 12/1Х 1944 г. Подписано к печати I2/XII 1944 г„
Печ. листов 27V4. Авт. листов 66,12. . Знаков в 1 печ. листе 86880. Тираж 7000 экз.
Формат бумаги 84Х №8/i6. Цена в переплете 43 руб. Зак. Л& 1045.
13-я типография треста .Полиграфкнига* ОГИЗа при СИК РСч^СР. Москва, Денисовский пер., 30.
ОПЕЧАТКИ
Страница и
столбец
93 правый
102 левый
108
Ш левый
113
113
126
129 левый
130 левый
211 левый
212 левый
273 левый
276
280
289 левый
289 левый
289 правый
398
419 левый
420 левый
Строка
10 и 11 снизу
уравнение
(III, 38)
уравнения
(111,43) и (111,44)
11 и 12 снизу
фиг. III, 62
и фиг. III, 63
фиг. 111,64
и III, 65
уравнение
(III, 67)
19 снизу
17 сверху
3 снизу
' 13 и 14 сверху
28 сверху
Подпись к
фиг. VIII, 35
Уравнение
(VIII, 85)
11 сверху
7 снизу
12 снизу
! Табл. ХШ,1
9 снизу
7 сверху
Напечатано
схем фиг. 111,7 и 111,8
Pp + iA(. . .
. "р — ip cos (<p8 — 30°)
Up — ip cos (<p3 — 90°)
lb =» lb — h = h — lс
h = h ~ i>a = lс "~ IA
включенных по 30° схеме
включенных по 90° схеме
3,/0шах'^
пт'Пн
(фиг. III, 24)
замыканиях на
Upip cos (cpp + 30°)
реле 3
машинам
при схеме фиг. VIII, 51
0— Чнагр-т+ 0,79)
фиг. VIII, 58а
фиг. VIII, 586
7> = °
Соленоид отключения
защиты 3
выключателя заменяется
Должно быть
уравнений (III, 6) и (III, 8)
Pp = iA(. . .
Mp-/p-cos(<p3 — 30°)
Up - ip-cos (<?3 — 90°)
h e ib — *c — h — lc
lc = ic— ia^fc — lA
включенных по 90° схеме i
включенных по 30° схеме
У'1ртах'"ф
Пт'пн
(фиг. III, 94)
замыканиях на землю
Uptp sin (ip+ д0°)
реле 4
шинам
при схеме фиг. VIII, 34
О-^аг/7)(/я + 0,79)
фиг. VIII, 57а
фиг. VIII, 576
1р = 0
Соленоид включения
защиты соответственно 1—2 или 3
выключателя или заменяется
По чьей
вине
авт.
корр.
„
,
авт.
•
-
«
*
тип.
9
авт.
»
"
•
корр.
авт.
•
корр.
авт.
• *
корр.
1
Основы техники релейной защиты.