/
Автор: Гельфанд Я.С.
Теги: электротехника электроэнергетика электроснабжение релейная защита промышленная электроника
Год: 1987
Текст
Я.С. Гельфанд
РЕЛЕЙНАЯ
ЗАЩИТА
распределительных
сетей
I <
I b
Я. С. Гельфанд
РЕЛЕЙНАЯ
ЗАЩИТА
распределительных
сетей
ИЗДАНИЕ ВТОРОВ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Москва
Энергоатомиздат
1987
ББК 31.27-05
Г32
УДК 621.316 925 :621.316 I
Рецензент В. А Семенов
Гельфанд Я. С.
Г32 Релейная защита распределительных сетей,—
2-с изд, перераб. и доп, — М: Энергоатом из дат,
1987,-368 с, 1 ил.
Содержатся основные данные о тесртн И праятяке выполнения
Е-лейцой звщнты распределительных сетсЛ иепркжекяем выше 1 кВ
бобщен опыт отечественных аксллуатацисиных, проектных н кау"1
де-исследовательских организаций, в также рассмотрен зарубежны ft
опыт. Первое издан не вышло в 19"з г Во втором издания существенно
расширены разделы, посвященные выполнению простых и сложных
реле и комплектов защит на интегральных микросхемах.
Для нижеперлО’Тынн веского персонала, работающего в области
релейной ващнты распределителем их сетей, в также специалистов
проектных и ивучио-исследовательских институтов.
Г
2302040000*034
03J(0l)-a7
IB2-87
ББК ЗГ .27-05
/7PO/f3BO£C7FE/JtfOE ИЗДАНИЕ
Якон Соломонович Гельфанд
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Редвктор м, А, ШввйД
Редактор издательства Н. В, Ольминсеан
Художественный редактор В, А- Говлк-Хоаав
Технический редактор Г. В. Праобряясискях
Корректор Г. А. Пилосвкев
ЦБ IOT1
Сдано я ьавор 2509-96 Подписана в печать 08 01.97, T-MOtL Формат
MXlDB'/sj. Бума* а тпиографекаа ХЬ 2. Гарнитура литературная. Печать
высокая Усл леч л. 19,32, Уел. кр,-отт, 19,32. Уч.-яэд. л 21,45. Тираж
23 000 а КЗ Заказ ООО Ценв 1 Р 40 к
Энертохтоммэдвт 113114, Москве, М Ц4, Шлюзовав наб, 10
Владимирская типография Союапохкграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфия и княжной тор*овлк
6000W 1 Владимир, Октябрьский проспект, л 7
© Эвергойтомиэдат, 1987
ПРЕДИСЛОВИЕ
Qp времени выхода в свет первого издания книги в об-
лястн релейной защиты электрических систем произошли
большие изменения. Электротехническая промышленность
СССР начала серийный выпуск целого ряда устройств с нс-
рольэдваннен новой элементной базы — интегральных milk-
роос^м (ИМС),. Появились опытные микропроцессорные за-
щиты. Изменения коснулись устройств релейной защиты и
автоматики не только сетей csepxjn ультравысокого напря-
жения, мощных генераторов и трансформаторов, но и рас-
пределительных сетей. Это вызывает значительные трудно-
сти при проектировании ц эксплуатации новых устройств.
Во многом это связано с недостаточным знакомством с ос-
новными принципами построения отдельных органов защи-
ты на транзисторах и ИМС п особенностями их эксплуата-
ции, Поэтому в настоящей книге автор стремился р всем от
реть те общие принципы построения отдельных элементов,
ррганов и схем устройств релейной защиты распределитель-
'Вых сетей, которые являются неизменными независимо от
используемой элементной базы, и показать преемственность
этих принципов, В то нее время показано, каким образом,
уповая элементная база позволяет получить такие характе-
'Ьистнки и параметры релейной защиты, которые могли
<5ыть реализованы на старой элементной базе только за счет
.резкого увеличения габаритов устройств и снижения пх на-
дежности или вообще были недостижимы.
V Несмотря на то что большинство подстанций распреде-
^ЙИтельных сетей оснащено устройствами релейной защиты
йа электромеханической элементной базе и еще в течение
Длительного времени эти устройства будут наиболее рас-
пространенными, параграфы, посвященные электромехани-
ческим реле, в книге сокращены, поскольку они достаточно
?|йн1но отражены в технической литературе.
,/• ПрН рассмотрении полупроводниковых защит, особое
^ввимание уделено устройствам, серийно выпускаемым или
3
подготовленным я серийному выпуску на предприятиях
Минэлектротехпрома и Минэнерго СССР, причем следует
отметить, что основным направлением развития релестрое-
иия Является выпуск комплектных устройств на ЙМС, каж-
дое из которых полностью осуществляет функции релейной
защиты, а иногда и автоматики присоединения. При этом
обеспечиваются наиболее экономичные решения и укроща-
ется обслуживание.
Вопросам расчетов релейной защиты распределительных
сетей отведено относительно мало места, поскольку имеет-
ся литература, например [39], посвященная этой теме.
Книга практически полностью переработана, однако в
части ее построения изменения минимальны. Введены две
главы по некоторым вопросам анализа устройств релейной
защиты распределительных сетей и их надежности, и ис-
ключена глава о каналах связи. Материал этой главы час-
тично вошел в главы о продольных дифференциальных за-
щитах и защитах упрощенных подстанций,
Вопросы использования микро-ЭВМ и микропроцессор-
ной элементной базы для выполнения релейной защиты
распределительных сетей в книге рассматриваются очень
кратко из-за малого числа публикаций, посвященных мик-
ропроцессорным защитам распределительных сетей. Для
желающих познакомиться с общими вопросами по этой те-
матике приведен ряд работ в списке литературы.
При написании книги были использованы материалы ве-
дущих отечественных энергосистем, предприятий и научно-
исследовательских п проектных организаций.
Автор выражает глубокую признательность рецензенту
В. А. Семенову за ряд ценных замечаний и редактору
М. А, Шабаду за большую работу по улучшению первона-
чального текста книги н помощь лрн подготовке оконча-
тельной редакция кннпь
Все замечания и предложения по книге автор просит
направлять по адресу; 113114, Москва, Шлюзовая наб,, 10,
Э нергоатомиздат.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
В. I. Виды повреждений распределительных сетей
Назначением релейной защиты распределительных се-
тей, так же как и вообще релейной защиты, является по
возможности скорейшее отилючение поврежденного эле-
мента или участка энергосистемы от ее неповрежденных ча-
стей [ 1,2], Если повреждение не грозит немедленным раз-
рушением защищаемого объекта, не нарушает непрерыв-
ность электроснабжения н не представляет jVrp оз ы по усло-
виям техники безопасности, то устройстваг зашиты могут
действовать не на отключение, а на сигнал, предупрежда-
ющий дежурный персонал о неисправности. Устройства за-
щиты должны действовать на сигнал или отключение и в
случае ненормальных режимов работы сети, если такие ре-
жимы могут представить опасность для оборудования.
Сети напряжением 3—35 кВ в СССР выполняются без
глухого заземления нейтрали пнтвющих траясформиторов.
При значительных емкостях этих сетей относительно земли
нейтрали одного или нескольких трансформаторов эаземля*
ются через дугогасящие реакторы, назначением которых
является компенсация емкостных токов замыкания ня зем-
лю. Поэтому в сетях 3—35 кВ значительными токами но-
врожденна сопровождаются только междуфаэиые КЗ
При однофазных замыканиях на землю в этих сетях ток
повреждения относительно мал, а линейные напряжения не
изменяются, Так как питание потребителей не нарушается,
немедленного отключении однофазного эамыканпя на зем-
лю а большинстве случаев ве требуется. Защита при этом
должна действовать на сигнал [2].
Необходимо учитывать, что длительная работа с замы-
канием на землю в сети недопустима, Фазное напряженке
неповрежденных фаз увеличивается в У'З раз, а при пе-
ремежающемся замыкании возникают дополнительные пе-
ренапряжения, которые могут привести к замыканиям на
вемлю неповрежденных фаз, причем в рваных частях сетя
5
(двойные замыкания на землю). Длительные замыкания
на землю могут стать причиной повреждения измеритель-
ных трансформаторов напряжения (TH), Длительное воз-
действпе тока однофазного замыкания на землю может вы-
звать повреждение железобетонных опор, а высыхание
грунта вблизи заземлителя опоры — опасное повышение на-
пряжения прикосновения.
В распределительных сетях 3—10 кВ, питающих неста-
ционарные электроустановки (торфопредпрпятня, карьеры,
шахты и т.н), замыкания на землю должны откотючаться
немедленно, поскольку они сопряжены с повышенной опас-
ностью для людей
Сети L10 и 220 кВ в СССР практически всегда работа-
ют с глухозаземленной нейтралью. Количество точек
заземления выбирается таким образом, чтобы облегчить вы-
полнение релейной защиты, обеспечить надежное заземле-
ние нейтрали сети при всех возможных в эксплуатации От-
ключениях и переключениях элементов н но возможности не
увеличивать уровень токов КЗ,
В сетях с глухозаземленной нейтралью все поврежде-
ния (однофазные н многофазные) сопровождаются значи-
тельными токами КЗ и существенным снижением напряже-
ния, Поэтому все повреждения необходимо быстро отклю-
чать. Следует отметить, что в воздушных сетях всех напря-
жений значительный процент составляют неустойчивые
повреждения, которые самоликвидируются после снятия на-
пряжения с ВЛ. Такие неустойчивые повреждения являются
обычно следствием коммутационных или грозовых пере-
напряжений, а также набросов и случайных касаний про
водов. Если после отелюченпя вновь включить поврежден-
ную линию, то повторное КЗ может и не возникнуть. Ста-
тистика показывает, что неустойчивые КЗ в сетях напряже-
нием выше 1 кВ составляют более половины всех случаев.
Поэтому ВЛ оборудуются устройствами автоматического
повторного включения (АПВ), позволяющими сохранить
ВЛ в работе при неустойчивых КЗ.
Составной частью распределительных сетей являются
трансформаторы понижающих подстанций. Виды повреж-
дений трансформаторов такие же, как рассмотренные вы-
ше для сетей соответствующих напряжений. Кроме того,
характерным для трансформаторов повреждением являют-
ся витковые КЗ в обмотке, сопровождающиеся протекани-
ем большого тока в повредившихся витках, но от носитель*
но малым изменением напряжений на обмотках транс-
6
форматоров п проходящих по ним токов Представляют
серьезную опасность такие ненормальные режимы, как дли-
тельные перегрузки ц снижение уровня масла в баке транс-
форматора
В.2. Элементы схем релейной защиты
В общем случае устройство релейной защиты содержит
следующие элементы
ивмерительные органы (ИО), которые перерабатывают
подаваемую на вход защиты непрерывную информацию в
дискретную (ДА, НЕТ);
логические органы, которые в соо!ветствнн с заданной
программой и полученной дискретной информацией от ИО
вырабатывают необходимое решение и подают команду на
исполнительные механизмы,
сигнальные органы, обеспечивающие необходимый объ-
ем информации о действии защиты и ее отдельных элемен-
тов (для последующего анализа);
устройства тестового контроля (обычно для сложных |
схем защиты, выполненных на интегральных микросхемах),
предназначенные для быстрой проверки исправности эле-
ментов защиты
Источником информации для устройств защиты (за ис-
ключением плавких предохранитеотей и первичных реле то-
ка прямого действия) являются измерительные трансфор-
маторы тока (ТТ) и напряжения (TH).
Для всех устройств релейной зашиты, кроме тех, кото-
рые выполнены на реле прямого действия, необходим ис-
точник оперативного тока [I]
Независимым источником оперативного тока является
аккумуляторная батарея Наличие независимого источника
оперативного тока позволяет выполнить простые и надеж-
ные схемы защиты, однако относительно высокая стоимость
батареи и сложность ее эксплуатации явились причинами
того, что в распределительных сетях нашли шпрокое при-
менение схемы релейной защиты на переменном оператнв
ном токе, т*е схемы, где источником оперативного тока яв-
ляются ТТ, TH или трансформаторы собственных нужд
Серьезные проблемы вызывает необходимость питания
устройств, выполненных на полупроводниковых приборах.
Уровень напряжения питания этих устройств обычно не пре-
вышает 24—48 В,
7
Глава первая
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ
1.1- Плавкие предохранители
Одна из особенностей защиты распределительных сетей
заключается в том, что предпочтение отдается наиболее
простому и дешевому устройству. Этим объясняется широ-
кое применение в распределительных сетях плавких предо-
хранителей, в основном для защиты силовых трансформа-
торов 6 и 10 кВ [2].
Плавким предохранителем называется коммутационный
аппарат, предназначенный для отключения защищаемой де
пи посредством расплавления специальных токоведущих
частей (плавких вставок) под воздействием тока, превыша-
ющего определенное значение, с последующим гашением
возникающей электрической дуги (ГОСТ 2213—79Е). За-
щитные свойства плавкого предохранителя определяются
его времятоковой (защитной) характеристикой, т, е. зави-
симостью времени плавления вставки п времени гашения
дуги от значения тока,
Хотя защита предохранителями и не яеляется релейной
защитой, ее характеристики оказывают влияние на требова-
ния к токовым реле, используемым в защите.
Времнтоковая характеристика предохранители зависит от Сто кон-
струкции, формы и материала плавкой вставки. Вид характеристики оп-
ределяется уравнениями теплового баланса предохранителя При не-
больших токах такое уравнение практически неразрешимо в связи с
большим числом неопределенных факторов, влияющих на отвод выде-
ляемого во вставке тепла. Лишь при очень бол ьюнх токах, когда на-
грев происходит настолько быстро, что можно пренебречь отводом теп-
ла£ уравнение теплового баланса может быть решено с достаточной точ-
ностью. Поэтому при выборе конструкции и параметров предохраните-
лей пользуются обычно опытными данными
По конструкции предохранители могут быть открытого и закрытого
тняоа Предохранители открытого типа выполняются в виде открытой
вставки либо вставки, заключенной в нэол.чрующую трубку. Обычно
такие предохранители применяются в сетях напряжением до 1 кВ. Од-
нако a а сетях напряжением нише 1 кВ широко используются выллоп-
8
ные (прежнее название — стреляющие) трубчатые лредояранителн от-
крытого типа. Конструкция этих предохранителей основана на исполь-
зовании дугогасящнх сиойетв волипласта, выделяющего газ под Дей-
ствием дуги. Плавкая вставка удерживает специальную пружину, кото
рая стремится вывести из нянин ластовой трубки гибкую проводящую
связь. При перегорания плавной вставим освобожденная пружина вы-
брасывает гибкую связь наружу, а дуга гасится за счет быстрого дви-
жения связи и давления выделяющихся под действием дуги газов- Оте-
чественная промышленность выпускает выхлопные предохранители
только для наружной установки типов ПВТ-Ю, ПВТ-35 и ПВТ-110 ня
номинальные напряжения соответственно 10, 35 и 1J0 кВ, из воторыд
практически применяются лишь ПВТ-35 дли защиты трансформаторов
мощностью не более 1,6 МБ А.
Высокой разрывной способностью обладают закрытые предохрани-
теля е мелкозернистым кварцевым песком в качестве наполнителя
(ПК). Сгорание плалкой вставки происходит в узком канале, что обес-
печивает настолько интенсивное гашение дуги, что при больших крат-
ностях тока цель может быть разорвана, прежде чем будет достигну-
то амплитудное значение тока (токоограинчипаюшее действие предо-
хрэинтеля). На напряжении 6 и 10 кВ выпускаются предохранители
типов ПКТ для зашиты силовых трансформаторов в ПКН — для за-
щиты измерительных TH (прежнее названии серий — ПК. в ПКТ соот-
ветственно).
1.2- Общие уравнения измерительных органов
релейной защиты
Назначением ИО устройств релейной защиты является
обеспечение выходного сигнала при достижении измеряе-
мой величиной заданного значения, называемого парамет-
ром срабатывания. Этот сигнал в зависимости от способа
выполнения органов защиты может быть получен в виде за-
мыкания или размыкания контактов, скачкообразного уве-
личения или уменьшения выходного тока или напряжения,
скачкообразного изменения индукции магнитопровода вы-
ходного элемента и т.п.
В релейной защите принято обозначать термином «ре-
лея не только электромеханические ИО с контактным вы-
ходом, но и эквивалентные им бесконтактные устройства,
Поэтому в дальнейшем те и другие могут называться из-
мерительными реле.
На измерительные реле подаются, как правило, токи и
напряжения защищаемого элемента, В зависимости от прин-
ципа выполнения защиты измерительные реле могут реа-
9
гировать на ток пли напряжение, на комбинацию токов или
напряжении (например, юкн или напряжения симметрич-
ных составляющих) или на производные величины (мощ-
ность, сопротивление н т д)
Измерительные органы релейной защиты могут вклю-
чаться либо непосредствепо на ток защищаемого присоеди-
нения (первичные реле), либо на вторичные ток и напря-
жение измерительных преобразователен (вторичные реле),
В релейной защите распределительных сетей можно, как
правило, не считаться с составляющими переходных про
пес cos КЗ, Высокочастотные составляющие имеют низкий
уровень, п время их затухания, так же как и апериодичес-
ких составляющих, обычно мало по сравнению с временем
срабатывания защиты, Поэтому при срабатывании ИО мо-
жно считать входные токи и напряжения синусоидальными.
Однако при больших кратностях токов КЗ форма кривой
тока, подаваемого на ИО, может быть искажена из-за на-
сыщения стали магнито провод а ТТ В связп с этим обяза-
тельным требованием к ИО, включаемым на ТТ, является
обеспечение устойчивости срабатывания при максимальных
для каждого защищаемого элемента кратностях тока КЗ,
когда насыщение стали магнитопровода, а следовательно,
н погрешность ТГ максимальны [2].
Несмотря на большое количество схем ИО, алгоритмы
их функционирования при синусоидальных токах и напря-
жениях независимо от элементной базы относительно не-
многочисленны, Входные величины, подаваемые на ИО, со-
ответствующим образом преобразуются и сравниваются с
некоторой эталонной величиной. Эта эталонная величина
может быть конечной или нулевой, Преобразованной вели-
чиной может быть усилие или момент (у электромеханиче-
ских реле), напряжение пли длительность импульсов (у ста-
тических реле), а эталонной — соответственно момент
пружины, стабилизированное напряжение или заданный ин-
тервал времени. Эталонная величина в частном случае мо-
жет иметь нулевое значение.
Измерительный орган срабатывает в момент, когда
разность преобразованной измеряемой н эталонной величин
станет равной нулю, Устройства, выявляющие этот момент,
называются нуль-инднкаторамн (НИ) или нуль-органами,
Пуль-индикатор в сочетании с датчиком эталонной величи-
ны образует пороговое устройство, имеющее постоянный
порог срабатывания
Если срабатывание происходит при преобразованной
10
величине, большей, чем эталонная (обычнодля максималь-
ных ИО), то общее уравнение идеального НО имеет вид
/^3^6, (1-1)
Если при срабатывании эталонная величина должна
быть больше преобразованной, то общее уравнение ИО
F (£/,/)> О, (1,2)
где F(U, 7) — преобразованная для срввнення величина, яв-
ляющаяся в общем случае функцией напряжения £7 и то-
ка /; Э — эталонная величина, которав в частном случае мо-
жет быть равна нулю.
Поскольку элементы ИО не идеальны, то ИО s целом
имеет погрешность, определяемую в соответствии с (1.1) и
(1.2) неточностью схем формирования составляющих
F(£7, /), погрешностью задания эталонной величины и ко-
нечной чувствительностью нуль индикатора Высокая точ-
ность ИО достигается соответствующим выбором их эле-
ментов и использованием стабильных ио роговых устройств
и чувствительных нуль-индикаторов-
Вид левой части уравнений (М) н П.2) характеризует
тки ИО. В общем случав многочлен F(Ut /) является ал-
гебраической суммой модулей или произведением (вектор-
ным или скалярным) Двух и значительно реже трех и бо-
лее независимых векторов Fn(U, 7),
Если в многочлене F(E7, /) имеется только один веза.
висимын вектор, то это характеризует ИО с одной сравни-
ваемой величиной, Такой орган имеет обычно конечное
значение Э. Это может быть ИО тока, напряжения или их
комбинаций, например реле симметричных составляющих,
реле тока с компенсацией емкостного тока ВЛ (/—ушС)
и т. Д. К ИО с двумн сравниваемыми величинами относятся
реле направления мощности, реле сопротивления, реле с
торможением. Каждая из сравниваемых величин этих ре-
ле является током, напряжением или их комбинацией Как
правило, сксма сравнения с двумя сравниваемыми величи-
нами позволяет оценить, находится ли вектор (или модуль)
измеряемого сигнала н области срабатывания ИО.
В последнее время появилась тенденция к созданию уст-
ройств, совмещающих функции релейной защиты и опреде-
ления места повреждения, например использующих фикса-
цию значения сопротивления на входе ИО в момент срабагы-
11
вания. С этой целью производится преобразование входных
тока и напряжения в сигнал, пропорциональный пол-
ному илн реактивному сопротивлению: П[0. I} = kZ. Тог-
да ИО минимального сопротивления может быть выполнен
на схеме с одной сравниваемой величиной
Э —Л (£/,/) (13)
В распределительных сетях широко используются ИО с
выдержкой времени, зависящей от параметра срабатыва-
ния, обычно тока нлп сопротивления Преобразованная пе
личина для ИО с зависимой выдержкой времени должна
быть функцией не только тока, но и времени, т-е F(l, I},
Уравнение для такого ИО имеет вид
F(/J)_ Э = 0ь (14)
Аппаратная реализация уравнений ИО зависит от ис-
пользуемой элементной базы. Есля при электромеханичес-
кой и транзисторной элементных базах эта реализация бо-
лее или менее одинакова, по крайней мере для ИО с одной
сравниваемой величиной, то при переходе на микроэлектрон-
ную элементную базу предпочтение отдается времянмпульс-
ным системам, где осуществляется аналогодискретное пре-
образование непрерывных функций практически для всех
типов ИО, кроме ИО с зависимой выдержкой времени. Это
объясняется простой схемной реализацией на операцион-
ных усилителях (ОУ) как самого преобразования, так и
органов, реагирующих на длительность или соотношение
длительностей импульсов, причем это осуществляется для
ИО с одной и несколькими сравниваемыми величинами.
L3. Измерительные органы тока и напряжения
без выдержки времени
Реле тока и напряжения выполняются на базе ИО с од-
ной сравниваемой величиной, Ток и напряжение срабаты-
вания реле задаются, как правило, действующими значе-
ниями, однако при синусоидальном входном сигнале срав-
нение сформированной величины с эталовной может
осуществляться как по Действующим, так п по средним нам-
плитудным значениям, а также по длительности превыше-
ния мгновенным током эталонной величины. При использо-
вании электромеханической элементной базы ИО тока я
напряжения выполняются, как правило, электромагнитны-
ми, Подача входного тока или напряжения создает усилие,
12
вызывающее поступательное движение или поворот якоря.
Это усилие и является F((7) или F(/) из выражений (1,))
и (L.2). Эталонной величиной 3, с которой сравнивается
усилие, является натяжение пружины или сила тяжести
якоря. Точность сравнения определяется повторяемостью
взаимного расположения неподвижной части магнитопрово-
дв и якоря (точность преобразования), стабильностью пру-
жины (погрешность эталонной величины) я трением в опо-
рах якоря (чувствительность нуль-индпнатора).
При использовании полупроводниковой элементной ба-
зы возможно несколько исполнений ИО тока и напряжения,
0 качестве F(/) или F(t/), как правило, используются
выпрямленные напряжения, пропорциональные входным
токам и напряжениям. Наиболее распространенными на
первом этапе создания полупроводниковых ИО были схемы
со сравнением сглаженных напряжений F(/) или F(£f) и
стабилизированного напряжения постоянного тока. Ряд раз-
работок основан на сравнении амплитуд выпрямленных и
несглаженных напряжений F(/) пли F(C/) с эталонным по-
стоянным напряжением. После срабатывания нуль-инднка-
тора его возврат происходит с замедлением 12—14 мс„ Ес-
ли амплитуда F(/) или F(U) каждые по л периода промыш-
ленной частоты рэввя эталонному напряжению, то на
выходе пулЬ’инди кагора имеет место непрерывный сигнал
срабатывания.
Более помехоустойчивым является ИО, который сраба-
тывает, когда мгновенное напряжение F(J) или F(t7) пре-
вышает эталонное в течение некоторого заданного времени,
Одним из важных требований, предъявляемых к ИО то-
на и напряжения, является обеспечение четкого перехода из
одного состояния в другое при подаче входного сигнала, со-
ответствующего условиям срабатывания или возврата.
Ниже более подробно рассмотрены основные типы ИО
тока н напряжения, действующие без выдержки времени,
1.4. Электромагнитные реле тока н напряжения
Наибольшее распространение в СССР имеют электро-
магнитные реле тока косвенного действия с поворотным
якорем типа РТ-40 [3] и токовые реле прямого действия со
втягивающимся якорем типа РТМ. Если пренебречь велн-
нейвостью магнитной системы, что вполне допустимо при
достаточно большом немагнитном зазоре магнптопрсЛода
13
реле и токах, близких к току срабатывания, то при непо-
движном якоре.мгновенные усилия /(/) или момент Л4 (Г),
воздействующие на якорь, пропорциональны квадрату мгно-
венного тока f (/):
l(t) = k,i> (0; ЛК0 = Л,1*(0. (J.5)
При синусоидальном токе i(t) = lmsino>t выражения
(1.5) имеют вид
t(t) = 0,5fe[^(l — cos2o0; Л1(1) = 0,5 ViU — cos2w/).
(1.6)
т е. имеют и постоянную, и иереиенвую составляющие.
В отличие от тока i усилие f(f) или момент M(i) не изменя-
ет знака во времени, хотя и содержит переменную состав-
ляющую двойной частоты. Под воздействием электромаг-
нитного усилия якорь реле стремится занять положение,
когда магнитное сопротивление магнитопровода станет ми-
нимальным, т. е. зазор между якорем и стальным магнн-
топроводом уменьшается. В конечном положении усилие на
Якоре максимально, а момент зависит от плеча усилпя от-
носительно оси.
При движении нкоря форма кривой изменения потока
Ь магннтопроводе не повторяет форму кривой тока н поэто-
му в уравнениях (1.5) и (1.6) коэффициенты и fej так-
же являются функциями времени. Они возрастают до своего
предельного значения, соответствующего концу хода якоря;
Ын него реле xocneimoco действия. В момент срвбвтыеацпя справедливо
выражение для моментов
roe mgl —момент силы тяжести; Маг.» — начальный момент противо-
действующей пружины (3); M,D — момент трения.
Если для упрощения считать, что при повороте якррп разница ыел;-
ду постоянной составляющей электромагнитного моменте М(Г) и пра-
вой частью уравнения (1.7) остается неизменной н равной ДЛГ. а момент
инертен ровен 7, то нэиевенне но времени утла поворота ч*(1) происхо-
дит в соответствии с выражением
,(1) = 1//р'(ДЛ1 + Мав)Л1
гда переменней составляющая М (Г).
14
yi------------------И,
в под воздействием
(1.9)
Т2 It) = (»,£ cos 2о*)7(8и’Д
15
определяемой самой конструкцией реле, п обеспечивает ла-'
вннообразное нарастание угла, поворота якоря. Поло^н-
ельная ОС, увеличивая четкость и надежность срабатыва-
ния реле тока, в то же время ухудшает его коэффициент
возврата, так как обратный поворот якоря (Alij.) произой-
дет, когда М станет меньше момента противодействующей
пружины при предельном угле Фор»п и ДМ станет Отрица-
тельной. После того как якорь начнет возвращаться
в исходное положевне, ДМ увеличивает свое отрица-
тельное значение. Это также равносильно наличию по-
ложительной ОС, которая способствует лавинообразному
уменьшению угла <р, т. е. четкому и надежному воз-
врату реле.
Коэффициент возврата максимального реле тока в со-
ответствии с рис. 1.1,0 примерно равен отношению (Мщед—
—ДМцры^/Мпрм, где индекс спред» показывает, что момен-
ты соответствуют предельному углу <pOp«i. В электромагнит-
ных максимальных реле токв серии РТ-40 коэффициент
ноэврата при надежвой работе контактной системы не мо-
жет быть получен выше 0,9—0.85 [3].
Если на этой же системе выполнять минимальное реле
тока, то коэффициент возврата должен определиться по со-
отношению моментов и ДЛ1„,Ч при нулевом угле <р как
—ДУИккч).
Рассмотрим факторы, влияющие на вибрацию якоря ре-
ле. После окончания его поворота переменная составляю-
щая вызывает вибрацию с амплитудой, соответствующей
выражению (1.10). Вибрация электромагнитных реле яв-
ляется крайне нежелательной, так как ухудшает надеж-
ность замыкания контактов и может прввеств к отказу ре-
ле. Один нэ известных способов устранения вибрации —
расщепление результирующего потока на два, сдвинутых
относительно друг друга по фазе, применяется в индукци-
онных реле тока (см. § 1.6). Однако это связано с увели-
чением потребления ИО, и поэтому в современных отечест-
венных реле тока серин РТ-40 для гашения вибрации ис-
пользуется полый барабанчик, расположенный на оси якоря
и наполненный мелким песком. Поглощение энергии вибра-
ции вызывается взаимным тревием песчинок, Ослабленная
таким образом переменная составляющая момента незна-
чительна, и ее последствия при синусоидальном токе не
сказываются на надежности работы реле, Благодаря соот-
ветствующей конструкции контактной системы обеспечива-
ется непрерывный выходной сигнал реле,
. Таким образом, в электро-
магнитном реле тока осуществ-
ляются преобразование пере-
менного тока а однополярныб
момент («выпрямление»), сгла-
живание переменной составля-
ющей угла поворота якоря за
счет его инерции и положитель-
ная ОС, определяемая измене-
нием магнитного сопротивле-
ния магнитной неон при движе-
нии якоря.
Искажение формы кривой тока из-за насыщения ТТ прв-
водит к изменению соотношения между переменной и посто-
янной составляющими момента реле, причем кроме состав-
ляющей М iB появляются и составляющие более высоких
гармоник.
В распределительных сетях переходные составляющие
токов КЗ быстро затукают, и поэтому вполне долусгиге
считаться только с искажением формы кривой втбричлого
тока ТТ установившегося режима КЗ. В этом случае в токе
содержатся только нечетные гармоники, а в электромаг-
нитном моменте реле — только четные. Как показано агл.3,
форма кривой вторичного тока ТТ в крайних случаях
чисто активной и чисто индуктивной нагрузок имеет вид.
лредстаэленнын на рис. 1.2. В первом случае в кривой мо-
мента М имеет место наиболее неблагоприятное соотноше-
ние между переменной и постоянной составляющими п по.
этому возможна вибрация контактов электромагнитных ре-
ле. При чисто (щиуктивной нагрузке, наоборот, резко сии.
жается переменная составляющая момента М. В пределе,
если кратность первичного тока ТТ очень велика, форма
Кривой вторичного тока близка к прямоугольной
е =/(„sincaf-|-(1/3)/|Л1 sio 3<i>4 + (1/5)/„Sin 5о>(-f- (1.11)
при этом момент
M = o,w>(/Sm + /im+/U+-4 (1.12)
е—660 17
Переменная составляющая в нем отсутствует, т. с реле
работает, как на постоянном токе.
Опыт эксплуатации показал, что прп близких КЗ, когда
кратность тока КЗ велика и ТТ работают с большими по-
трешиостямл, форма Кривой вторичного тока ТТ может
быть настолько искаженной, что электромагнитные реле
из-за внбраппп могут отказать в действии, хотя действую-
щий ток реле значительно превышает ток срабатывания
В серийно выпускаемых в настоящее время реле Р'Г-40
использован способ уменьшения внбрацпн. основанный на
ослаблении сечения магнитопровода на одном нэ его уча-
стков. Прп увеличенных кратностях тока ослабленное
сечение магнптопровода насыщается н магнитный поток
паю подвижной системы реле
Токовые реле типа РТ 40 имеют потребление 0,2 В-А
при токе уставки и время действия около 0,1 с прп токе,
равном 1,2 тока срабатывания и около 0,03 с при трехкрат-
ном токе срабатывания. Реле надежно работает при по
мц мгновенными максимальными реле тока косвенного
Действия для схем релейной зашиты всех назначении.
Выполнение электромагнитных реле напряжения имеет
некоторые особенности. Обмотка реле имеет небольшое по
сравнению с индуктивным активное сопротивление. Поэто-
му магнитный поток в иагннтопроводс практически пропор-
ционален Приложенному напряжению и остается почти
неизменным при повороте якоря В то же время, как было
показано выше, момент противодействующей пружины
растет, и. следовательно. если после начала движения не
повышать напряжения на реле, то якорь остановится. Сра-
батывание реле произойдет, когда М превысит момент
пружины при конечной полоЖенпп якоря. Таким образом,
будет полностью отсутствовать положительная ОС, сра-
батывание окажется нечетким, а нажатне ня контакты
меньшим, чем у реле тока Поэтому в электромагнитных
реле напряжения необходимо искусственно уменьшать
Добротность обмотки, для чего, например, часть витков
можно выполнять проводом с большим удельным сопротив-
лением Тогда реле будет реагировать практически на той,
пропорциональный входному напряжению. Это, однако,
приводит к увеличению потребления срабатывания реле
напряжения по сравнению с однотипным реле тока. Если
реле напряжения выполнить на выпрямленном токе, то по
ворот якоря будет приводить к увеличению потока в маг
нмтопроводс точно так же, как п в токовом реле, поскольку
магнитодвижущая сила (МДС) обмотки реле в установив-
шемся режиме изменяться не будет (индуктивность на
средний юк не влияет), а магнитное сопротивление упадет
В электромагнитных реле напряжения серил РН-50 выпря-
мительный мост питает обмотку собственно реле, имеющего
такую же конструкцию, как н реле типа РТ-40. Для обес-
печения быстродействия тем не менее приходится включать
дополнительные резисторы последовательно со входом
моста В этом случае ток реле является почти принужден-
ным, а поток а магннтопроводе нарастает, как в реле тока.
Потребление реле серил РН-50 в зависимости от модпфн
капни колеблется в пределах I—2 В А. Коэффициент воз-
На электромагнитном принципе выполняются первич-
ные н вторичные токовые измерительные реле прямого дей-
С1Вия. встраиваемые в приводы выключателей высокого на-
пряжения, отделителей и короткозамыкателей. Движение
якоря этих реле приводит к освобождению защелки, удер-
живающей отключающие (или включающие) пружины
привода коммутационного аппарата Получившие широкое
распространение вторичные мгновенные максимальные то-
новые реле прямого действия типа рТМ выполняются на
системе со втягивающимся якорем. Противодействующее
усилие определяется только массой якоря. Кроме того,
электромагнитное усилие должно преодолеть довольно за-
метные силы трения якоря и бойка реле относительно
вэлпввляющего отверстия
Конечно, при такой конструкции реле трудно рассчиты-
вать на точность поддержания уставкн по току Велико
также потребление реле (около 20 В-A прп нижнем поло-
жении якоря п примерно в 2,5 раза больше прп верхнем
положении) Коэффициент возврата для реле РТМ не пме
ст существенного значения, поскольку его срабатывание
сразу же приводит к отключению защищаемого присоеди-
нения. Вибрация якоря не оказывает влияния на поведение
реле РТМ. и поэтому особых мер по борьбе с ней можно
не принимать Более существенной является проблема
ограничения вихревых токов в якоре, который обычно вы-
полняется пэ манштомягкой нешпхтованной стали. Эта
проблема в реле рТМ решается выполнением якоря полым
с нрорезью по образующей. В распределительных сетях
высокого напряжения особенно ширено применяются ком-
мутационные аппараты с приводами, оборудованными ре-
ле РТМ. Недостаточная точность и большое потребление
атих реле вполне окупаются их простотой я вязкой стонам-
1.5. Полупроводниковые реле тока и напряжения
Алгоритм, практически повторяющий алгоритм электро-
магнитного реле тока, может быть получен при использо-
вании полупроводниковой элементной базы. На рис. 1.3
показана в несколько упрощенном виде одна из едем тран-
зисторного реле без выдержки временя, использованная в
серии транзисторных зашит для комплектных распредели-
тельных устройств (КРУ) 3—10 кВ [4]. Реле тока и на-
пряжения практически одинаковы н отличаются только
входными преобразователями. У реле тока используются
трансреактора TAV, которые преобразуют ток в приор-
. цнональное напряжение, а у реле напряжения — промежу-
точный трансформатор напряжения для гальванической
развязки п изменения уровня напряжения. Выходное на-
пряжение трансреактора или трансформатора выпрямля-
ется с помощью выпрямительного моста VS, а затем сгла-
живается с помощью RC фпльтра. Выходное напряжение
фильтра подается на пороговое устройство (ПУ), где эта-
лонное напряжение задается стабилитроном VDI, а нуль-
органом является трехтранаисторный усилитель с положи-
тельной ОС. Питание усилптеля осуществляется стабили-
зированным напряжением —12 В. а для задания режимов
транзисторов дополнительно используется напряжение ли-
тания +6 В,
20
•Когда анодное напряжение досгнглег уровня напряже-
ния стабилизации стабилитрона VDI, ток через базу тран-
зистора VT1 наменяет знак, что приводит к быстрому лавн
иовбразному переходу транзисторов VT1 и VT2 из режима
отсечки в режим насыщения, т. е к их открыванию. На-
пряжение на эмиттере транзистора VT3 является выход-
ным, н при срабатывании нуль-пндпкатора оио меняется от
малого положительного до отрицательного напряжения,
близкого к —12 В.
Существенную роль в обеспечении четкого срабатыва-
ния реле имеет положительная ОС. Ток обратной связи
‘ос должен быть с меньшим запасом, чем входной ток
порогового устройства при срабатывании <Ер (коэффици
ент ОС меньше единицы), иначе снизится надежность воз-
врата реле Наличие положительной ОС позволяет сохра-
нить четкость срабатывания и ири наличии небольшой
пульсации входного сглаженного напряжении. Особенно
важно избежать вкбрвпнн, когда форма кривой вторично-
го тока ТТ резко несинусоидальна, с этой целью выбор
сглаживающего фильтра должен производиться таким об-
разом, чтобы при наибольшей погрешности ТТ сглаженное
напряжение на выходе фильтра не было ниже, чем напря-
жение при возврате ИО. Однако выполнение более доброт-
ного фильтра увеличивает его габариты и замедляет сра-
батывание и возврат ИО. Поэтому желательно выаолвап
ИО таким образом, чтобы его срабатывание было четким
н при достаточно больших пульсациях напряжения на вы-
ходе фильтра.
21
Триггер Шмитт* выполнен па двух транзисторах VII я VT2 Когда
Прэвленве тока через базу транзистора VT2 соответствует этнрыванск?
ансторе VT2 определяется соотношением сопротивлений резисторов R4
напряжения на реэкстора R4 служащее эталоном, направление тона
апстор VT2— запираться в связи* с изменением направления тока черта
растся таким образом, чтобы ток через резистор R4 при открытом
приводит к тому, что уменьшается эталонное напряжение на резисторе
стора V71. т.е осуществляется положительная ОС После завершения
транзистора VT2 устанавливается повое значение эталонного яаирджв
терн Прн наличия пульсанин входного напрвжения триггера Шмнттд
можно рассматривать два коэффициента возврата, что иллюстрируется
рис I 4,6 Переход триггера в положение срабатывания имеет место
При этом среляее ваозвое яалряжевне равно Uea.t.a, Благодаря по-
ложительной ОС возврат триггера в исходное положение определяется
эталонной величиной (/«. При этом среднее входное напряжение равно
^ер.а.э Следовательно, по входному напряжению коэффициент возвра-
та равен а но постоянному току—UalU^, н высокий коэф-
аиаянтельвой пулг.саипп выпрямленного я сглаженного напряженно
эовання триггера Шмитта меньше, чем я реле со схемой р»с I 3 По-
крытии транзистора напряжение па его коллекторе существенно
отличается от "мая за счет падения напряжения на резисторе R4 По-
этому схема порогового устройства ряс 1.4.о дополняется транзисто-
ром РТЗ, на базу которою иодаегев дополнительный ток от напряже-
нии смещения 6 В При этом иыходное напряжение иеЫ1 определяется
VT3.
Основным недостатком транзисторных ИО, реагирую-
щих на выпрямленные напряжения, является необходн-
мость использования сглажнааюшнх контуров, таких, как
па рис 13, или более сложных схем, например схем рас-
щепления, когда однофазное напряжение преобразуется о
23
Более помехоустойчивы времянмпульсные схемы, в ко
торых входная величина при срабатывании должна превы
шать эталонную в течение заданного внтервала времени
Времянмпульсные схемы удобно выполнять с помощью ОУ.
Представляющих собой многотранзпсторный дифференци-
альный усилитель с инверсным и неннверсным входами
Коаффиаиевт усиления ОУ достигает десятков и сетей ты-
сяч, и поэтому при отсутствии отрицательной ОС он уже
прп малых входных сигналах переходит в режим насыще-
ния. Его выходное напряжение при этом несколько меньше
напряжения питания ОУ. обычно равного 15 В. Полярность
выходного напряжения зависит от полярности напряжения
между инверсным п неннверсным входами, н ОУ без ОС
практически преобразует входной сигнал в постоянвое вы-
ходное напряжение, совпадающее с ним (пли противопо-
ложное) по знаку. Примером ИО на ОУ являются
разработанные во ВНИНР [7] реле тока и вапряжения,
схема которых н несколько упрощенном виде показана на
рис. 1.6, а. В нормальном режиме напряжение па неик-
версном входе операционного усилителя AI (эталонное
напряженно) больше, чем мгновенное выходное напряжение
выпрямительного моста VS, и поэтому на выходе операци-
онного усилителя А1 имеет место наибольшее положитель-
ное выходное напряжелне, равное 12—13 В. Конденсатор
С заряжается через резистор R5 до наибольшего положи-
тельного напряжения, определяемого стабилитроном VD2.
Это напряжение подается на инверсный вход А2 и сравни-
вается с эталонным напряжением на неннверсном входе.
Эталонное напряжение ис операпвопного усилителя А2 не-
сколько ниже нуля, так как в нормальном режпме на вы-
ходе А2 имеет место наибольшее отрипательное выходаое
напряжение, которое оказывает влияние на эталонное
напряжение благодари резистору положительной обратной
nne па ппвсрспем входе Л2 снижается. Когда оно достнга
ет эталонного напряжения срабатывании Uc, напряжение
па выходе А2 изменяет знак, и благодаря положительной
вится положительным Размах изменения эталонного
напряжения операционного усилителя А2 подбирается с
таким расчетом, чтобы повышение напряжения на его ин
версией входе за наибольшее время заряда нс приводило
к изменению полярности напряжения между инверсным и
Неикверспым входами А2, н, следовательно, «вибрация»
при срабатывании отсутствует- Схема включения А2 на
рис 1 б, п представляет собой триггер Шмитта на ОУ и в
этом отношении аналогична триггеру Шмитте на двух
следпей положительная ОС практически не влияет на уро-
вень выходных напряжений ОУ Так Же как в схеме рпс.
14, <1, коэффициент возврата по входному сигналу всегда
выше, чем по постоянному напряжению, причем пульсация
входного сигнала операционного усилителя AI определя-
ется соотношением временных интервалов при срабатывз-
конденсатора С. Изменяй соотношение между сопротивле-
нием резистора R5 и сопротивлением параллельно вклю-
ченис которого входная величина должна превышать эта-
лонную. 4ew больше это отношение, тем меньше требуемое
время превышений Так, при отношении сопротивлений
около шести угол входного сигнала а (рпс 1 6,6), при
котором имеет место превышение эталонного напряжения,
составляет при срабатывании около 30’, что соответствует
времени прнмрено 1,6 мс. Поэтому ИО по схеме рпс 1.6, а
является весьма помехоустойчивым. Порог срабатывания
операционного усилителя Ai составляет при этом около
0,97 амплитуды входной синусоиды
При снижении входной величины еоотношенпе между
и схема приходит в исходное положение.
Реле, реагирующее на амплитуду тока или время пре-
вышения мгновенным током некоторого эталонного значе-
ния, практически не подвержены вредному воздействию
искаженной формы кривой вторичного тока ТТ. Четкое
срабатывание реле обеспечивается, если каждые полперно-
сго в течение небольшого заданного времени, а это условие
26
Измерительные органы тока с зависимой выдержкой
времени
Токовые реле с обратнозавиепмой от тока выдержкой
времени широко используются в релейной зашпте распре-
делительных сетей 6 и 10 кВ Времнтоковые характеристи-
ки этих реле удобно согласовывать с защитными характе-
ристиками предохранителей, а также с характеристиками
нагрева защищаемых присоединений (например, электро-
двигателей). В каждом конкретяом случае требования к
форме времятоковой характеристики реле могут быть раз-
личными Согласно рекомендациям Международной элект-
ротехнической комиссии (МЭК) наиболее предпочтитель-
ными являются три характеристики, общее выражение для
которых
где I, р—время срабатывания реле, А п п — коэффпДнен
реле в относительных единппах (по отношению к номи-
нальному току или току срабатывания реле).
Рекомендуемые характеристики отличаются Крутизной.
Для простой эаэисимой характеристики МЭК рекоменпет
4=0,14, п=0,02; для сильно зависимой 4 = 13,5; л=:1 и
дли очень сильно зависимой 4 = 80; л=2. Первые два ти-
па характеристик рекомендуются для защиты сетей, а
третий тип — дая защиты электродвигателей. Зависимые
характеристики могут иметь п упрощенный вид
<с,р=4/7». (1.М)
В соответствии с (1.6) в ИО с эавпсимой от тока вы-
держкой времени преобразованная величина должна быть
функцией н тока, и временп. Такую преобразованную ве-
личину можно получить разными способами. На рис. I 7, а
показана структурная схема ИО, в котором преобразован-
ная величина F(l, I) имеет вод
Выпрямленное (а иногда и сглаженное) напряжение,
пропорциональное входному току, подается на фуикцио
нальный Преобразователь ФП, на выходе которого получа-
ется напряженке Н(1). Это напряжение подается ка инте-
гратор Инг, который интегрирует напряжение /?(/) от ну-
левых начальных условий при срабатывании пускового
органа ПО. Напряжение на выходе интегратора Изменяет-
ся во времени н сравнивается на компараторе X с эталон-
ным напряжением 3.
Рассмотрим, какой вид должна пметь функция Н(1)
при заданной времптоковой характеристике ИО 1(7), на-
прпмер (1.13). Подставив в выражение (1.4) F(/, !) =
дня любой точки характеристик ((/), получим
Н(Г) = Э/1(1). (1.16)
кие Эг получается с помощью интегратора, интегрирующе-
го эталонное напряжение 3 с нулевых начальных условий
прн срабатывании ПО. Уравнение (1.4) в этом случае бу-
дет иметь впд //,(/)/!(/)—3=0 и, следовательно,
//1(Л-Л(/), (1.17)
т с выходное напряжение ФП должно быть при каждом
токе пропорционально выдержке времени ИО, соответст-
вующей этому току.
На рис 1.7, в показана схема ИО, функциональным
преобразователем которого является активно-реактивный
четырехполюсник с переходной характеристикой h(l).
Если на такой ФИ подать выпрямленный и сглаженный
ток I, то при переходном процессе от начальных нулевых
условий (после срабатывания /70) на его выходе появля-
ется напряжение Ih(1), которое и сравнивается с эталон-
щга напряжением, т. е.
Если времитоковая характеристика ИО задана как
t(I), [см. например (1.13) и (1.14)], то ее можно преобра-
зовать в I(t):
Для любой заданной точки /() характеристики в соот-
ветствии с (1 4) п (1.18) можно записать
Л(/) = Э//(Л. (1.19)
На рпс. 1.8 показаны вид функций Н(1) и h(t) и способ
их построения. Функция //>(1) повторяет характеристику
28
В пнлукпиовиых реле тока, выполненных на системе с
30
юшего моменте Mpas, а следовательно, и средняя частота
вращения диска юд пропорциональна частоте тока и квад-
рату его действующего значения:
Параметры реле подбираются таким образом, чтобы
при промышленной частоте о переменная составляющая
рабочего момента была минимальной.
Тормозными моментами являются незначительный мо-
мент трения и моменты резания, определяемые пересечени-
ем диском полей рабочего электромагнита н тормозного
постоянного электромагнита. Оба момента резания можно
считать приблизительно пропорциональными частоте вра-
щения, что в конечном итоге равносильно уменьшению ко-
эом, и определяет вид функции 11(1) При некоторой крат-
ности тока I пропорциональность между ним и создавае-
мым им рабочими потоками нарушается п рост момента
замедляется, а затем почти прекращается. При этом Н(1),
которая при небольших токах соответствует п = 2 из выра-
жений (] 13) и (1-14), прп болылнх токах становится близ-
кой к характеристике преобразования для л=0,02, т е.
характеристика индукционного реле является составной из
рекомендуемых МЭК времятоковых характеристик.
Операция интегрирования реализуется с помощью чер
вячной передачи, причем червяк связан с осью диска, а
зубчатый сектор воздействует на контактную систему реле
после повотора на заданный угол а.
Этот угол и является эталонной величиной. При на-
чальных нулевых условиях, ненасыщенном мггнитопрово-
Де и синусоидальном токе частота вращения определяется
по (1.20) и результирующая характеристика реле находит
т. е. в этой части характеристика соответствует уравнению
Прн насыщении магнитопровода потоки становятся не-
синусоидальными даже прн неискаженной форме кривой
тока Взаимодействие потоков и токов с разной частотой
приводит к появлению переменной составляющей момента.
Однако из-за большой инерции диска ее влияние очень
ботает практически так же четко, как и при небольших
Т Нулевые начальные условия в реле серий РТ-80, РТ-90
обеспечиваются отсутствием сцеплевпя между червяком к
зубчатым сектором прп токах, меньших тока срабатыва-
ния. Диск врашаетсн на подвижной рамке, которая пово-
рачивается на осн и сближает червяк и зубчатый сектор
только при токе срабатывания рале Этот поворот происхо-
дит под воздействием тормозного усилия от постоянного
магнита и рабочего усилия от основного магнитопровода,
направления которых совпадают с направлением поворота
рамки. Результирующее усилие зависит от тока, к поэтому
'юворог рамкн равноценен действию пускового органа для
ИО с аавнсниои выдержкой времени. Предусмотрена по-
ложительная ОС при повороте рамкн за счет стальной пла-
стины, притягиваемой полем рассеяния основного магнито-
Яа°реле серий РТ-80, РТ-90 предусмотрен алектромагнпт-
ный элемент, поворот которого под воздействием потока
рабочего электромагнита вызывает эвмыкаине выходного
контакта реле. Этот элемент выполняет, во-первых, функ-
цию токовой отсечки. Якорь элемента выполнен массив-
ным в виде коромысла и имеет экранированный полюсный
наконечник длн расщеилення магнитного потока. При не-
больших токах тормозной момент якоря больше, чем ра-
бочий Когда ток достигает значения тока срабатывания и
начинается поворот якоря, рабочий момевт резко возраста-
ет а тормозной уменьшается, т. е. имеет меето положи-
тельная ОС В сочетании с расщеплением потока и значи-
тельной инерцией якоря это позволяет получить очень
четкое срабатывание реле. Во вторых, электромагнитный
элемент исиольэуется н как выходной орган элемента с зз-
виснмой выдержкой времени. Когда зубчатый сектор
поворачивается на нужный угол а. связанный с сектором
хвостовик начинает поворачивать якорь который благода-
рп изменению соотношения между рабочим и тормозным
моментами достигает своего конечного положения за счет
потока основного магнитопровода.
Искажение формы кривой тока практически не оказы-
вает илпяння нв четкость замыкавня контактов реле серий
РТ-80 п РТ-90 из за пверпиоикостп элемента с зависимой
характеристикой, большой массы экранированного магни-
топровода п положительной ОС электромагнитного элемен-
та. Однако форма времятоковой зависимости характеристики
32
может существенно зависеть от содержании высоких гармо-
нпк в токе Это объясняется в основном тем. что рабочий
момент зависит в соетветствии с (1.20) От частоты. Кроме
того, как показано в [8], насыщение магннтопрозода роле
при одном и том же действующем токе заииспт от формы
кривой, а следовательно, оказываются различными вы*
держки времена. Если искажение формы кривой вызвано
насыщением ТТ при близких КЗ, то считаться с ням не
следует, если ток насыщения ТТ превышает ток выхода
характеристики реле в независимую часть, так как в этом
случае время в независимой частн характеристики не меня-
ется, а вибрация контактов реле отсутствует. Если реле
серий PT-80, РТ-80 используются в сетях с несинусоядаль-
ныы рабочим током, особенно в токовых защитах нулевой
послклоиательяости сетей 0.4 кВ, то с искажением формы
кривой тока нужно считаться. К сожалению, количествен-
ных данных о влиянии высшнх гармоник на поведение
индукционных реле с зависимой характеристикой практи-
чески нет.
Выпускаемые в СССР реле серпп РТ-80 имеют потреб-
ление около Ю В-А н выдержку времени срабатывании в
независимой части до 16 с. Независимая часть характерис-
тик начинается при кратности по отношению к току сраба-
тывания 8—10 [3]. Реле серии РТ-90 отличается от реле
серин РТ-80 тем, что насыщение магнитопровода, а сиедо-
вательно. и переход к независимой характеристике провс-
ходят в нем при кратности, в 2—2,5 раза меньшой [3], Это
достигается увеличением МДС обмотки и изменением кон-
струкции полюсных наконечников магнитопровода. Име-
ется еще ряд особенностей, вызванных изменением пара
метров влектромагнита. Потребление реле около 30 В-А
Остальные параметры реле практически такие же. что п у
реле РТ-80. Реле серий РТ-80 и РТ-90 имеют погрешность
ко току срабатывания около ±5 %, а погрешность по ире-
иенн срабатывания прн десятикратном токе не более
±6,5 % при наибольшей уставке по времени. Контактная
система реле может иметь две модификации: нормального
исполнения — длн работы в цепях постоянного или вы-
прямленного тока и усиленного исполнения — иля работы
в схемах на переменном оперативном токе с дешунтнрова-
иием электромагнитов управления.
В распределительных сетях широко используются реле
прямого действия с зависимой характеристикой серин
РТВ, встраиваемые в приводы выключатаней [9], Реле
В—460 83
усилием и углом поворота поводка нет, а само усилие
является функцией положения якоря, то алгоритм функ-
ционирования реле РТВ представляет собой сочетание
алгоритмов (I 15) к (I )б), а в целом вреиятрховая харак-
теристика реле РТВ в зависимой части подобна характе-
При больших токах пружина реле серии РТВ ежпма-
етсв н ее усилие определяет скорость поворота поводка,
т. е имеет место независимая часть времятоковой харак-
теристики реле,
Так же как п индукционные реле тока, реле РТВ вы-
пускаются в двух модификациях, отличающихся кратно»
стью перехода характеристики в независимую часть У ре-
ле РТВ I (II, III) независимая часть напивается при крат-
ности тока по отношению к току срабатывания около 1,7,
а у реле РТВ IV (V, VI) — околоЗ.5. Реле пмеют большое
потребление при срабатывании — около 40 В А при ниж-
нем положении якоря и около 110 В-A прп втянутом якоре.
Простота реле РТВ во многом компенсирует такие его
недостатки, как большое потребление, относительно малую
точность, низкий коэффициент возврата (0,6—0,7).
1,8, Полупроводниковые ИО тока с зависимой выдержкой
времени
34
зависимой характеристики. Рассмотрим схемные способы
получения преобразованных ваничив.
Реализация илгоритма (1.15) ааилючается в получении
функции Н(1), зависящей от задаваемой характеристики
1(f), и интегрировании ff(f} от нулевых начальных усло-
вий до момента, когда интеграл за время t, iH(t), станет
равным эталонному значению Э В электромеханических
реле условие Н(1) stkt’ обеспечивается самим принципом
действия индукционных н электромагнитных систем. В по-
35
Схема ФП для получения кривой 1 приведена на рис. 1.9.6.
Выходное напряжение р,ы, пропорцнонально току 1яп ,
проходвщему через три (в конкретном случае их мо-
жет быть больше или меньше} цепочки, состоящие из
диодов, источников ЭДС и резисторов. Если U,, меньше
чем £ь то диод VD1 Закрыт обратным напряжением н ток
/фь близок к нулю. Следовательно, если E^kl., то на
выходе ФП напряжение отсутствует (см. рис, 1.9, в). При
дальнейшем росте U,, ток через резистор Я/, а следова-
тельно, и (/>Ы1 пропорциональны разности напряжений
U„ н £, (см. отрезок 1—12 на рис. 1.9, а). Когда пре-
высит £:, то ток появится и во второй ветви, что приведет
и увеличению скорости нарастания напряжения 1>,ы, (от-
резок 12—13). Наконец, при Ua>Ea ток проходит по всем
трем ветвям, что вновь увеличивает угол наклоне кривой 1
ва рис. 1.9, в. Подбирая знвчанпя £,, Еа и £з, а также со-
противления резисторов Rl, R2 и R3, можно выбрать та-
кне точки I, 12 и 13, что ломаная линия, проведенная через
ати точки, будет близка к аппроксимируемой кривой Н(1):
чем больше таких точек, т. е. чем больше ветвей ФП, тем
Пмс. Utt, Схема ФП ла ствбзлнтрояах длв получения хароктеристпя
I (а) н 2 (б), показанных на ряс. l9,a
такая же. как и дня схемы рис. 1.9,6, на нужна иметь в
виду, что при одних и тех же абсциссах точек перегиба
напряжения источников £ различии для обеих схем, так
как в первом случае они подбираются по U>t(E), а во вто-
ром — по Увш(£/).
Если необходимо, чтобы время срабатывания ИО после
определенного тока оставалось неизменным, то вместо ре-
зистора в схемах рис. ] 9, б, а необходимо установить
дополнительную цепочку VEH. Ex без резистора. Тогда
напряжение ва выходе ФП при больших токах будет под-
держиваться стабильно на уровне £,. что обеспечит неиз-
менность выдержки времени.
В качестве источников опорного напряжения Е мо-
гут использоваться либо стабилитроны, либо делители
стабилизированного напряжения питания всего устрой-
Стабплвтроны заменяют сочетание диод — источник
питенкя, причем если напряжение стабилизации стабили-
трона равно напряжению источника £, то схема и харак-
теристики ФП не изменится Однако из-за разброса напря-
жений стабилизации стабилитронов одного п того же ткца
в дискретности номинальных звачений этих напряжений
ограничены возможности оптимального выбора точек пере-
гиба аппроксимируемой кривой Поэтому В схемах ФП
необходимо предусматривать переменные резисторы для
Подстройки входного или выходного напряжения, при
Котором должны открываться стабилитроны Схемы с
ФП, выполненными на стабилитронах, показаны на
рис 1.10.
Сиены со стабилитронами находят применение в уст-
ройствах, выполненных с помощью транзисторов. Одкаан
37
38
На рис, 1.Ц, б приведена схема ФП с передаточной
функцией, показанной ломаной линией 2 ва рис. 1,9, а.
В части реализации первых двух отрезков ломаной линии
ФП по рис. 1.11, б выполнен так же, как и ФП по рис. 1.11, л.
Сопротивление резисторов Rl, R2 и R3 выбираются с таким
расчетом, чтобы подъем характеристики начался при Un=
=£], а ее наклон соответствовал наклону отрезка I—22
(см. рис. 1.9. а). Дальнейший рост выходного напряжения
ОУ определяется схемой из диодов VD2 и VD3 и делителей
напряжения из резисторов R4, R6 и R5. R7. включенных
между напряжением питания + 15 В и выходом ОУ. Пара-
метры первого делителя R4, R6 выбраны с таким расчетом,
что к диоду VD2 обратное напряжение прикладывается до
тек пор, покл выходное напряжение ОУ не станет равный
Ез (полярность этого напряжения отрицательна, и, следова-
тельно, по мере увеличении модуля £а напряжение в точке
между резисторами R4 и R6 снижается). Когда
> |£ j. дпод VD2 открывается и сопротивление отрицатель
ной ОС уменьшается, поскольку параллельно резистору R3
включается резистор R6. Коэффициент передачи ОУ умень-
шается, п скорость нарастания становится меньше
(отрезок 22—23). Когда > |£з|, то открывается и
днод VD3 и происходит дальнейшее уменьшение сопротив-
ления ОС и, следовательно, уменьшение коэффкциента пе-
редачи ОУ (точка 23).
Большим преимуществом ФП на ОУ является макоэ по
требление мощности от входных цепей. В то же время вы-
ходная мощность ФП достаточно велика благодаря приме-
нению ОУ. Функциональные преобразователи, показанные
на рис, 1.11, использованы в ИО с зависимой выдержкой
времеви в комплектном устройстве типа ЯРЭ 2201, выпус-
каемом ЧЭАЗ [10]
Так как выходное напряжение ФП интегрируется, то его
форма кривой не играет существевной роли уже при Време-
ни действия около 20—30 мс. Однако если на ФП подавать
несглаженное выпрямленное напряженае, то передаточные
характеристики Ф11 будут отличаться от рассмотренных вы-
ше для случая постоянного входного напряжении. В ряде
случаев это свойство преобразования полуволн синусоклы
используется для получения передаточных характеристик
нужного вида с меньшим числом ветвей ФП, например в за-
щите электродвигателей в комплектной защите ЯРЭ-2201
80/(/.—1)].
Следует отметить, что для получения зависимых хврак-
тсрнстик (1.131 и (1.14) при п = 1 ФП не требуется, по-
скольку//(/) в этом случае должно быть пропорционально/.
Реализация ИО по схеме рис. 1.7, б имеет ряд особен-
ностей в выполвении ФП. Поскольку при малых токах на-
пряжение ва выходе ФП должно быть наобольшкм, целесо-
образно получать Я|(/| как разность некоторого постоян-
ного напряжения Ун>« и напряжения ФП, показанного ва
рис. 1.9, г. На рис. 1.12 приведены структурная схема ФП
н его передаточная функция //,(/). Суммирование t/,B, н
—//(/) осуществляется сумматором С, Величина Uu, вы-
бирается в соответствии с задаваемой наибольшей выдерж-
кой времени прп токе 1,^1. Так как выходной сигнал ФП
не интегрируется, а непосредствевно подается на компара-
тор, необходимо обеспечивать высокую степень сглажиаа-
ному току. Это является существенным ведостатком схемы
по сраввенню со схемой рис. 1.7, а, где интегрирование рез-
ко уменьшает пульсацию напряжения Я(7). Если не ис-
пользовать ФП на рис. I 12, а, то Н(1} = 1 и ИО будет
иметь лпвейные нреиятоковые характеристики, наклон ко-
торых можно регулировать, изменяя коэффициент пропор-
циональности между током и напряжением, подаваемым на
сумматор. Такне характеристики имеет защита типе ТЗВР,
выпускаемая для сетей сельской электрификации по разра-
ботке Украинского отделения института «Сельэяергонроект»
[11] Зашиты с такими характеристиками легко согласуются
между собой, однако их согласование с реле, имеющими ти-
повые вреыитоковые характеристики, рекомендованные
МЭК, а также с реле РТ-80 н РТВ п предохранителями вы
зывает определенные трудности. Использование ИО по схе-
ме рнс. 1.7, б для получения нелнненвых характеристик ера-
40
батывания не имеет внкаких преимуществ по сравнению с
широко применяемыми схемами рис. 1 7, а.
Способ получения зависимых времятоховых характери-
стик с использованием активно-реактивных четырехполюс-
ников (см. рпс. 1.7, в) более прост, чем предыдущие, во
менее точен. Как показано в [12], переходные функции AJQ
можно получить ори подаче вынужденного постоинвого тока
ня разветвленный ЯС-четырехполюсник. Схема четырехио
люсника [(резисторы RI и R2 с сопротивлениями (1—0J 7? и
PR и конденсаторы Ct и СЗ с емкостями (l^ajC, аС)] при-
ведена на рис. 1.13, а.
Переходная функция такой схемы, т.е. отвошекне выходного ма-
Л(/) = 11С + Я(1-а-Й(|-а)(1-«-",и1~а1>. (1.31)
41
Выражение для нределькоП фуккцпн \(С) будет иметь впд
h,V) = t/C — 0,25/?(l — „-'«Msec) (1.22)
Смешение характеристики hit) вверх будет врп ач-0<1, в макси-
ыальнае значение этого смешения при заданном а имеет место при 6«0.
В атом случае весь ток в первый момент времени нроходнт через
конденсатор С2 Выражение для предельной функции ht(t) будет
йг(Г) = //С + Я(1— — (1 М)
Хотя весь анализ проведен для постоянного входного то-
ка, он, как показано в [12], справедлив н при выпрямленном
несглаженном токе, если время срабатывания ИО не менее
0,1 с. Применение ОУ в качестве пороговых устройств по-
зволяет получить очень экономичные преобразователи рас-
смотренного типа.
Основное преимущество ИО с использованием развет-
вленных RC-контуров заключается в том, что последние вы*
полняюг одновременно роль ФП и интегратора. Однако ха-
рактеристики ЙО, содержащие члены I"—I, плохо подда-
ются аппроксимации. особенно при rt«g I, В то же время эти
ФП могут найти применение в ИО, где реализуется переда-
точная функция"й(1) = ttyi [см., например, кривую 3 иа
рис 1.13, б, когда н> 1].
Можно отметить ешь одну особенность
трансформатор тона TAL имеет две вторачиые обмотан Одна ио них.
сс±. служат для создания вынужденного выпрямленного токе ив входе
В нормальном режиме конденсатор С2 замкнут непосредственно, в нцм-
нового органа ПО Напряжение на вторняной обмотке е>> при срабаты-
вании ИО не должно превышать номинального напряжения псполь-
150—200 В Вторая вторичная обмотка предназначена для подключе*
н можно считать, что обмотка ® 2 работает на холостом воду После
срабатывания пускового органа RC контур дешувтнруется и начинает'
ся переходный процесс, описываемый функцией Л (О Кривая иаоряже*
мня и ас не конденсаторе С2 показана на рнс. 1.14,6. Напряжение иа
42
диаметром намоточного Провода
в которой осуществляется интегрирование выпрямленного
в несглаженного напряжения. Если ца ФП подается несгла
женное напряжение, то некоторое влияние на время-токоные
*3
44
^ = 0.5(£,| + Е,г); ^ = 0,5^,-^); 1
для схем сравнения по абсолютным значениям и по фазе со*
ответственно.
На рис. 1.15, а показаны векторные днапааммы для схе-
мы сравнения но абсолютным значениям. Две окружности
являются геометрическим местом концов векторов U. Прн
<р = 0 вектор рабочего сигнала имеет модуль, равный
сумме модулей векторов U и /, в вектор тормозного сигнала
£оа— разности этих модулей (угол максимальной чувст-
вительности фм,ч=0). Разность модулей |£0(| и |£os( "ри
«Ры.ч равна поэтому удвоенному наименьшему из модулей
|(/| и |й/|. Прн f—90’ модуля |£0|| и |Е„,( равны меж-
ду собой и F(l/,_/)=0, а при ф=160“ разность модулей
|£Л(| и |£«| имеет противоположный знак, так кик тор-
мозной сигнал больше рабочего Длн схемы сравненпя по
углу сравниваемыми векторамп являются £«i =k!\ E?f=U.
При —90’ <<р<+90’ F(U.J') положительна, а при ф=
=±90’ она равна нулю Характеристика срабатывания
идеального ИО направления мощности на комплексной пло-
скости PQ при ти.ч=0 показана на рис 1.15,6. Если необ-
ходимо получить угол фМ,я,отличный от нуля, то с помощью
какой-либо активно-реактивной схемы осуществляется по-
ворот одного из векторов /е’’“’нли (Уе-’е“’на угол фмЧ.
Возможен вариант с поворотом обоих векторов с тем, чтобы
результирующий дополнительный угол сдвига между ними
составил фил.
теристики с предельным углом у, время совпадения знаков
А/ и U должно быть больше четверти периода (Э>0), а ирп
у8— меньше (Э<0).
Реле с ИО направленна мощности неработоспособны при
отсутствии любого из входных векторов kl или U При близ-
вих КЗ они могут отказать (мертвая зона). Поэтому ИО
F&^\~ |£-£| -0;1
F (?) = ?ы ?« = - ?) (?~ 2?» I
(1.28)
дпкуляр к прямоликейаой характеристике, опушенный кз
начала координат, то уравнения ИО с такой характеристи-
кой соответственво для схем сравнения по абсолютным зна-
чениям и по фазе имеют «ед F(Z) = i2ZjC,—Z{~j^{ =0;
/ (if|eZycT(Zyrt—Z) =0,
Так же как к ИО направления мощности, ИО сопротив-
ления с характеристиклми, показанными ва рис. 1.16, а, б,
могут включаться по схемам И и ИЛИ, что дает возмож-
ность получать более сложные характеристики, На рис,
1.16, а покаэаньмве характеристики, получаемые при сое-
динении двух направленных ИО сопротивления, включенных
<8
по схеме И (заштрихованная лиизовидная характеристика
I, обычно называется эллиптической) и по схеме ИЛИ (ха
рактерпстика 2).
Аналогичные характеристики могут быть получены при
использовании ИО со схемой сравневия по фазе при грани-
це срабатывании, отличной от ±90°. Известно что основа-
ние треугольника опирается на дугу описанвой окружности
с углом, вдвое превышающим угол при вершине треуголь-
ника При ^>90° дуга, на которуюопираетсятреугольиик,
больше чем л, и получается эллиптическая характеристи-
ка ! на рнс. (.16,а. Если фаСЯв0, то получается характе-
ристика 2.
В современных отечественных дистанционных защитах
ВЛ напряженней (10 кВ и выше широко используются ИО
с четырехугольными (иногда треугольными) характеристи-
ками срабатывания, которые имеют ряд препмушеств пе-
ред круговыми и эллиптическими с точки зрение отстройки
От нагрузки и обеспечения срабатывания при удаленных
КЗ через большие переходные сопротивления. В принципе
многоугольную характеристику можно получить с иоиошью
нескольких ИО с линейными характеристикамп, включен-
ных по схеме И Однако такой ЙО оказывается слишком
громоздким. В Японии была предложена очень экономич-
ная схема, сочетающая функции нескольких схем сравне-
ния двух величин и схемы И. Она основана на опенке вза-
имного расположения векторов входных сигналов, число
которых соответствует количеству углов выпуклого много-
угольника. На рис. 1.17, а показана четырехугольная харак-
теристика ИО в комплексной плоскости RX с углами в осо-
бых точках Zi, Zt, Z, и Z,, причем сопротивления Z на вхо-
<—«во
49
де ИО находятся вне и внутри характеристики. В плоско-
сти напряжений при внешнем КЗ (сплошные линии) угол
между крайними векторамц /Zt—U и /2,—U_ меньше 180°
и поэтому положительные (пли отрппате.тьные) полуволны
Всех напряжений вида /Z„—U умещаются в интервале вре-
80
1.10. Электромеханические реле направления мощности
На электромеханических системах можно реализовать
НО со схемой сравнения двух величин как по абсолютным
значениям, так и по фазе. На первом из принципов основа
ко электромагнитное балансное реле направления мощно-
сти. магнитная система которого представляет собой коро-
мысло, поворачивающееся под воздействием моментов, соз-
даваемых потокамп рабочего н тормозного электромагнитов.
Магнитодвижущая сила рабочего электромагпкта про-
порциональна =у+*/, а тормозного —величине
= й/. В СССР электромагнитные балансные систе-
мы не получили распространения. Основными электромеха-
ническими реле направления мощности в СССР являются
индукционные реле на четырекполюсной системе с цилин-
дрическим алюмпвневыи ротором (барабанчивои) [3]. Ес-
ли взаимно перпендикулярно направленные потоки Ф, и
Фг, пронизывающие ротор, синусоидальны и сдвинуты по
фазе на угол ф, то вращаюшлй момент М=йФ>Фг sin
т е индукцнопное реле является схемой сраввения по уг-
лу, В ИО направления мощности поток в одной из пар по-
люсов создается обмоткой, включаемой в цепь напряже-
ния. Вектор первого потока практически совпадает по фа-
зе с вектором входного тока, а второго — с вентором тока в
обмотке напряжения. Естественный угол сопротивления об-
мотки составляет около 65°, и поэтому угол максимальной
чувствктельвости реле без добавочных сопротивлений со-
ставляет 65—90=—25° (ток опережает напряжение). Бре-
ле типов РБМ-171 и РБМ-271, предназначенных для зашит
от междуфаэных КЗ, предусмотрена установка добавочных
резисторов в пени напряжения, позволяющих получай два
—45°. В реле РБМ-177 и РБМ-277, предназначенных Вдя
зашит от КЗ на землю в сетях напряжением ПО кВ и вы-
ше, последовательно с обмоткой напряжения включается
конденсатор, что обеспечивает угол между векторами вход
кого напряжения н тока в обмотке напряжения примерна
—20“ (вместобб). Это соответствовало бы углу максималь-
ной чувствительности—110°, а поскольку требуемый номи-
нальный угол составляет 4-70“, то изменяется полярность
обмотки напряжения Реле типов РБМ-17Й и РБМ-278 от-
личаются от предыдущих реле только увеличенной чувстви-
тельностью по напряжению, причем они термически нестой-
ки при длительной подаче номинального напряжения,
Идеальное реле направления мощности, удовлетворяю-
щее выражению (1.27), выполняло бы свои функции при
очень малых входных токах и напряжения. В реальных ро-
ле подвижная система не является идеальным иуль-ияди-
кагором (наличие момента возвратной пружины, трение),
а магнитная система, обмотпн н барабанчик могут иметь
неенмметрию, вызывающую появление момента при подаче
иа реле только тока клн только напряжения (самоход).
Поэтому реальные характеристики реле РБМ зависят не
только от механических свойств подвижной системы, но и
от значений подаваемых тока и напряжения.
На рис. 1.18, а показаны идеальная (Sc,p=O) I и реаль-
ная 2 характеристики реле при заданных входных токах и
наярижеивях. Реальная характеристика скещена на значе-
ние Sopm.n, соответствующее углу максимальной чувствц.
тельности. При других углах значение 3<р возрастает. На
рис. 1.18,6 показаны угловые характеристики реле, соот-
ветствующие прямым рис. 1.18, а. Для реле серин РБМ зна-
чение задается для случая подачи номинального то-
ка. При /на«=5 А 5Г1рт1п=Зч-4 ВА, за исключением ре-
ле РБМ-178 (РБМ-278), у которых эта мощность составляет
1 ВА. Если бы эта мощность срабатывания поддержи-
валась неизменной, то вольт-амперваи характеристика ре-
ле при постоянном угле между током напряжения имела бы
вид гиперболы (Ul — conal), показанной на рис. 1 18. а
сплошной линией. На самом деле прн увеличении токи на-
сыщаются полюса, на которые наложена токовая обмотка,
и уменьшение напряжения срабатывания замедляется (кри-
вая 3 на рнс. 1 18, п). Для идеального реле направления
мощности (SC,P=Q) характеристика пмеет вид ломаной 1.
52
Очень важным показателем является напряженке Uml„, со-
ответствующее предельному току КЗ, так как оно определя-
ет мертвую зону при близких КЗ. У реле серки РБМ это
иаппяженне составляет около 0,25 В при токе 10 /М.В ре-
I! РВИ-177 (РВИ 277, РВИ-пб, РБМ-278) иеовхо-
днмо обеспечивать работоспособность прн возможно пень
тих токах нулевой последовательности. Если напряжение
на пеле близко к номинальному, то оно правильно выбира-
ет «правление прп токах от 0,2 /„.. При иийнйельиык
значениях тока и напряжения гарантируется срабатывание
только при угле максимальной чувствительности, т.е. уг-
ловая характеристика при этом может иметь вид, показан-
ный на рис, 1.18, б (кривая 3}.
Благодаря малоинершюниому ротору реле серии рвот
имеет время действия, ве превышающее 50 мс нрн трех-
кратной мощности срабатывания, и время возврата около
40—50 мс. Потребление цепей тока реле серии РЬМ около
10 В А а напряжения —около 35—40 В-A В реле типа
РБМ-178 (РБМ-278) потребление цепей напряжения в 3 ра-
за больше, и они ие приспособлены к длительному включе-
нию на номинальное напряжение.
Реле серии РБМ предназначены для работы при сину-
соклальвых токах и напряжениях. Каждый из моментов
реле, создаваемых взаимодействием одного потока с током,
наведенным в роторе другим потоком, содержит равные по
вмниитуде переменную н постоянную составляющие, но
знаки переменных составляющих двух моментов противопо-
ложны в постоянных —одинаковы. Поэтому результирую-
щий момент реле постоянный При насыщении ТТ во вто
рнчном токе появляются гармонические составляющие, при-
чем е распределительных сетях, где апериодические состав-
ляющие тока КЗ практически отсутствуют, имеются только
нечетные гармоники тока. Наличие высоких нечетных гармо-
ник в токе приводит к появлению в моменте реле четных
гармоник- 100, 200 Гц и т.д, которые определяются взаи-
модействием потоков н токов разных гармоник, например
1-й и 3-й I й и 5 й, 3-й и 5 й и т.Д Переменная составляю-
щая момента у реле направления мощности относительно
меньше, чем у нндуядиовных токовых реле, Однако следу-
ет иметь в кцпу, что быстродействующие реле направления
мощности имеют весьма малую инерцию подвижной систе-
мы и вибрация контактов может быть вызвана существен-
номеиыпей,чемв токовом реле, переменной составляющей
момента. Влияние переменной составляющей вращаю-
53
- 1.11. Полупроводниковые реле направления мощности
Первыми полупроводниковыми ИО направления мощ-
ности были простые детекторные схемы сравнения по абсо-
лютным значениям и по фазе с использованием полупро-
водниковых диодов н iiy-ть-нндпкаторов различных типов.
Перед остальными полупроводниковыми схемами овн име-
ют то преимущество, что для их функнионированпя в об-
щем случае не требуется источник стабильного напряже-
ния 15—30 В постоянного тока. Детекторные схемы срав-
нения по абсолютным значениям выполняются в точном
соответствии с выражением (1.246), причем подули |Еа1(
и | Е«| получаются выпримлевием (детектпрованвем) соот-
ветствующих переменных напряжений. Возможны два ос-
новных варианта схем с включением НИ на разность (рав-
новесие) выпрямленных напряжений (рис. 1.19, а) и раз-
ность (циркуляцию) выпрямленных токов (рис. 1.19.6).
Обе эти схемы приблизительно равнопенны [15], и выбор
их определяется конкретными условиями прпмеведпя. Ус-
ловием срабатывания схемы сравнения по абсолютным
жаченини является равенство нулю среднего напряженвя
(тона) в НИ.При этом переменное напряжение (ток) в НИ
может быть значительным, На границе срабатыаанка при
угле сдвига между £01 и Еп, равном 90°, амплитуда пере
ыепного напряжения НИ, пмеюшего двойную частоту, рав-
на амплитуде £<ч и £os tpac. 1 19,а), Поэтому нужно ирн-
нвмать более эффективные схемы сглаживания, чем в по-
лупроводниковых ИО тока.
Как было показано в § 1.9, ври угле ф»,. выходное на-
пряжение схемы сравнения пропорционально модулю
меньшего пз подаваемых векторов к/ или У. Прн углах,
отличных от фч,1, это условие в большой степени удовлетво-
ряется, если одна из входных величин существенно больше
другой [15) к видоизменяется только зависимость от угла;
WCOS(<p+q>n.i) КЛЦ (У СО$(ф—фм.ч).
Детекторная схема сравнения по фазе, называемая
также кольцевым модулятором, показана на рнс. 120,а
Принцип- действии схемы основан на том, что входвая ве-
личина £ф| или Ева , мгновенное значение которой в рас-
сматриваемый момент времени больше, определяет ток а
паре диодов, имеющих соответствующую полярность. На-
пример, при положительном аапранлении Ещ ток проходит
через диоды VDl и VD2, а вторая пара диодов заперта. Так
хал тох от второй входной величины меньше, то он прохо-
дит по открытой паре диодов независимо от полярности,
поскольку сумма токов от Е& и Е^а не изменяет направле-
ния результирующего тока, даже если токи имеют проти-
воположные знаки, и диоды останутся открытыми. Ток в
НИ определяется меньшим нз входных напряжений, т, е.
в нашем случае £та Он проходит от промежуточного транс
форматора напряжения TVL2, разветвляясь через оба от-
55
57
56
мощности. Появилась возможность использования полупро-
водниковых усилителей-ограничителей, позволяющих иолу-
чать из синусоидальных напряжений совпадающие с ними
ио знаку прямоугольные функции достоянной амплиту-
ды. Создание сигналов вида sign £ делает наиболее пер-
спективным применение схем сравнения по фазе, что и на-
шло отражение в современной отечественной и мировой
практике выполнения полупроводниковых ИО. Использова-
ние усилителей-ограничителей с большим коэффициентом
усиления позволяет при высокой чувствительности ИО су-
щественно уменьшить потребление цепей тока и напряже-
ния. В качестве примера полупроводниковогоИОнаиравле-
кнн мощности рассмотрим реле типов РМ-11 пРМ-12, под-
готовленные к серийному выпуску на ЧЭАЗ. На рис. 1 21, а
показана фаэосравнпвающая схема этого реле |16|,
на которую подаются сравниваемые напряжения Eyi и
формируемые из входных тока и напряжения соответствен-
но. Схема работает на принципе сравнения времени совпа-
дения и несовпадения знаков мгновенных напряжеий е9!
и егг и является одной из разновидностей схем сравнения
по фазе, легко реализуемых ири использовании операци-
онных усилителей. Факт совпадения по направлению мгно-
венных напряжений еФ1 н еф; фиксируется по изменению
полярности тока в базах транзисторов VTI и VT2 с высо-
ким коэффициентом усиления. При отсутствии напряже-
ний еф1 к е-рз ток через диоды VD1—VD4 больше, чем отри-
цательный ток смешения от шинки — 5 В, и оба траязисто
ра открыты. При этом напряжение на их базах составляет
около 0,65 В, а на коллекторах — около нуля. Есля поляр-
ности e«i и e-jj протпвоположны, то один из каждой лары
диодов VD1. VD3 и VD2, VD4 открыт и поэтому полярность
тока в базе транзистора остается такой же. как при от-
сутствии e»i и evi. и транзисторы остаются открытыми
(рис. 1.21,6). Если полярности etfi и еФ) совпадают, то при
положительных полуволнах одновременно закрываются ди-
оды VD2 х VD4 (изменяется полярность токов, прохонящик
через резисторы R3 ц R6), а при отрицательных — закры-
ваются дподы VD1 и VD3 (изменяется полярность токов,
проходящих через резисторы RI и Я5). В эти интервалы
времени токи н базах VT1 и VT2 меняют иоляриость и эти
транзисторы запираются (см. кривые VTI и VT2 на
рис. 121,6) Значение мгновенных входных напряжений,
необходимое для запирания диодов, определяет чуветви-
58
тельность ИО по току и напряжению, Чем эти напряжения
ниже тем точнее определяется время совладения знаков
мгновенных напряжений e»i и е«г. Когда запираются тран-
зисторы VT1 и VT2, начинается заряд соответственно кон-
денсатора С1 через резистор R7 и диод VD6 и конденсато-
ра С2 через резистор R8 и диод VD7. При открывании
транзисторов VT1 и VT2 замыкается цепь разряда конден-
саторов С1 и С2 через резисторы R9 и R10 соответственно.
Скорость разряда выбирается равной примерно 0,33 скоро-
сти заряда, что обеспечивает возврат напряжения ковдеиса-
торов к начальным условиям, если время совпадения соот-
ветствует углу между a»i и еч , равному 90°, т. е. границе
срабатывания ИО.
Для ограипченвя диапазона изменения напряжений кон-
денсаторов значением Ucrf «сверху» и напряжением около
+ 10 В «снизу» предусмотрен мост VS. Диоды мосга откры-
ваются, когда напряжение на конденсаторах станет боль-
ше напряжения на движке регулируемого резистора RH
й когда это напряжение станет ниже напряжения +10 В,
На инверсный вход операционного усилителя АГ пода-
ется полусумма напряжений конденсаторов С1 и С2. так
как сопротивления резисторов R11 н R12 одпиаковы На
рис. 121,6 показаны эти напряжения. На граняие сраба-
тывания при угле совпадения 90° амплитуда напряжения
на инверсном входе ОУ составляет около !/а размаха
изменения напряжения. Таким и выбран порог срабатыва-
ния триггера Шмитта на ОУ. Опорное напряжение Us. ре-
гулируется резистором Ri5. Положительная ОС (резистор
RI3) выбрана с таким расчетом, чтобы напряжение воз-
врата Un было ниже, чем минимум напряжения U, на гра-
нице срабатывания. Если в одном из напряжений имеете»
апериодическая составляющая, то НО не сработает благо-
даря тому, что половина напряжения Corp недостаточна
для опрокидывания триггера Шмитта, а второй транзистор
запирается, когда напряжение U, уже существенно снизит-
ся, Уменьшение влияния апериодической составляющей
Является важным преимуществом суммирования напряже-
ний схем совпадения положительных и отрицательных по-
лярностей. так как позволяет не считаться с переходными
'процессами во входных преобразователях ИО.
Реле типа РМ 11 имеют ту же область применения, что
и индукционные реле типа РБМ-171 (РБМ-271), и имеют
регулируемые номинальные углы равные—30° и —45°.
Реле типа РМ-12, как в реле типа РБМ-177 (РБМ-)78,
59
Р5М-277, РБМ-278), имеют угол фИ,,=4-70°. Требуемый
угол фы,1 получается благодаря входным фазаиоворотным
схемам формпроваеля напряжений £Т1 и В реле ти-
па РМ-12 предусмотрена возможность изменения напря-
жения срабатывания (I, 2 и 3 В). Питание полупровод-
никовой схема п выходного реле осуществляется либо от
постоянного оперативного напряжения 110 или 220 В, ли-
бо от встроенного выпрямительного блока питания, вклю-
чаемого на ток и напряжение, подаваемые иа реле,
В первом случае используется делитель напряжения и па-
раметрический стабилизатор на стабилитронах, обеспечи-
вающий необходимые уровни напряжения для полупро-
водниковой схемы. Стабилизатор включается на опера-
тивное постоянное напряжение через добавочные резисто-
ры Дли уменьшения иагрева внутри кожуха эти резисторы
помещены под цоколем реле. В нормальном режиме источ-
ник постоянного тока рассчитан только иа питание полу-
проводниковой части защиты. При срабатывании реле спе-
мнальный транзистор шунтирует одие из добавочных ре-
зисторов. что обеспечивает форсировку напряжения ив
выходном исполнительном органе При переменном опера-
тивном токе входной ток подается через промежуточный
трансформатор, а переменное напряжение — через добавоч-
ный конденсатор, что уменьшает рассеиваемую активную
мощность. Стабилизатор полупроводниковой части защиты
такой же, как прн постоянном оперативном токе, и вклю-
чен на заряженный конденсатор через резистор.
В реле тиков РМ-11 и РМ-12 имеются два исполнитель-
ных органа, причем возможно использование только одно-
го из них но выбору: либо быстродействующего реле типа
РПГ-5 с магннтоупрааляеыыми контактами (с относитель-
но небольшой коммутационной способностью), либо про-
межуточного реле типа РП-13 с достаточно мощными кон-
тактами
Если сравнить параметры электромеханических реле
серии РБМ н соответствующих им реле серии РМ-10, то
можно сделать следующие выводы: 1) по минимальному
напряжению срабатынания, определяющему мертвую эо-
ну защиты при трехфаэных КЗ, оба реле примерно одина-
ковы; 2) по минимальному току, обеспечивающему точ-
ную работу, реле РМ-10 имеют янное преимущество
(0,05 Мн); 3) по потреблению цепей тока и напряжения
реле РМ-10 на постоянном оперативном токе значительно
лучше: 0,5 В-А по току и 3 В-А по напряжению, одвако
60
ври переменном оперативном токе показатели обоих типов
реле практически одинаковы; 4J по объему реле РМ-(б в
2 раза меньше, чем реле РБМ; 5) по дввиым ВНИИР реле
РМ-10 устойчиво срабатывает при погрешностях 1т до
60%, что является одним из наиболее существенных его
преимуществ перед реле РБМ.
1.12. Электромеханические реле сопротивления
Как и реле направления мощности, реле сопротивления
могут выполняться на балансных електромагвитиых и ин-
дукционных системах. В СССР наиболее распространенны-
ми были индукционные реле сопротивления, т. е. реле,
основанные на использовании схем сравнения по фазе [3].
В эксплуатации находятся большое число реле сопротивле-
ние, выполненных на такой же четырелполюсной индукцн-
елков системе с барабанчиком, что и реле серий РБМ-170.
К ним относятся, в частности, реле полного соиротивления
типа КРС-Н1 и направленные реле сопротивления типов
КРС-131, КРС-132. Однако в отличие от реле направления
мощности, для которых переход на детекторные схемы
сравнения приводил к существенному ухудшению характе-
ристик. реле сопротивления на детекторных схемах сравне-
ния по абсолютным значениям оказались не только ковку-
рентоспособнымн с индукционными реле, но и позволили
получать характеристики, трудно достижимые в реле се-
рии КРС-100.
В настоящее время индукционные реле сопротивления
в СССР не выпускаются. Практически прекратился их вы-
пуск к в развитых капиталистических странах.
1.13. Полупроводниковые реле сопротивления
Применение детекторных схем сравнении по абсолют-
ным значениям явилось важным шагом в повышении тех-
нологичности ИО сопротивления в улучшении их характе-
ристик по сравнению с электромеханическими и, в частно-
сти. индукционными реле. Поэтому дистанционные защиты
и отдельные реле сопротполення с детекторными ИО в
СССР и за рубежом практически вытеснили устройства с
електромеханическимн ИО. В СССР в 60 е н 70-е годы де-
текторные схемы сравнения применялись практически во
всех электромеханическел устройствах, содержащих ИО
сопротивления с характеристиками в виде окружностей
61
или близкими к эллиптическим. Реле полного сопротивле-
ния использованы в качестве пускового и измерительного
органов в панелях дистанционной зашиты типов ПЗ-З,
ПЗ-4. предназначенной для защиты ВЛ 35 кВ от веек видов
КЗ и тупиковых ВЛ 110—220 кВ от междуфаэных КЗ.
Упрощенная схема реле аналогична показанной на
рнс. 1 19 б, ио Для сглаживания тока, циркулирующего че-
рез НИ, параллельно НИ вкаючен LC-контур, настроенный
на частоту 100 Гц п представляющий малое сопротивление
для переменкой составляющей тока. Схема ИО полного
сопротивления очень проста н при электромеханическом
НИ не требует источника стабильного постоянного напря-
жения. гальванически не связанного с вторичными Цепями.
В панелях защиты ПЗ-З и ПЗ-4 в качестгве НИ как ИО
направления мощности, так н ИО сопротивления нспользо
вано магнитоэлектрическое реле М237/054. Параметры ИО
полного сопротивлений примерно такие же, как у индукци-
онных реле типов КРС-1Н, КРС-112, имеющих ту же об-
ласть применения, но потребление в цепях тока и напря-
жения в 2—2,5 раза меньше.
В панели типа ЭПЗ 1636-67, иредаанвзчеиной для за-
щиты ВЛ 110—220 кВ от всех видов КЗ, используются
комплекты из трех реле сопротивления тина КРС-1 (дня
111 ступени дистанционной зашиты) и комплект ДЗ-2 (для
1 и 11 ступеней дистанционной защиты), выполненные с
применением детекторной схемы сравнения по абсолютным
значениям.
Измерительные органы комплекта типа КРС-1 (упро-
щенная схема показана на рпс. 1.22) имеют круговые иля
эллиптические характеристики в плоскости RX, проходя-
щие через начало координат пли охватывающие его, при-
чем ueurp характеристики смещен в сторону первого квад-
рата по оси максимальной чувствительности Для получе-
ния круговых характеристик на ИО подаются входные
величины, соответствующие первому из уравнений (1.29).
Схема сравнения выполняется на балансе напряжений,
причем для ограничения переменной составляющей тока
НИ используется параллельный LC-контур, яастроеивый
на частоту 100 Гп. Отличительной особенностью ИО по
схеме рнс. 1 22 является возможность получения характе-
ристик, близких к эллиптической за счет введения допол-
нительного сигнала в схему сравнения
Тормозной сигнал пропорционален переменной состав-
ляющей выходного напряжения, которая, как показано на
SXf
кнючевия уставок, что позволяет осуществлять ивухсту-
ленчатую дистанционную эашиту.
В выпускаемых с 1980 г. комплектах КРС-1 и ДЗ-2 в
ивчестве НИ вместо магнитоэлектрических реле М237/054
используются НИ нв ОУ (см § 1.18), имеющие свой авто-
номный блок питания. Это позволило отказаться от мало-
надежных магнитоэлектрических реле, снизить ток точной
работы и время срабатывания ИО.
Параметры 1(0 комплектов КРС 1 и ДЗ-2 близки к па-
раметрам индукционных реле КРС-1Э1, имеющих пример-
но ту же область применения, ток точной работы 1Т,, при
уставке TAV 1 Ом — около 0,32 !кт при круговой и 0,44
/ао« яри эллиптической характеристиках', время срабаты-
вания при 2/т,р и 0,7 Zror — 0,06 с для комплекта КРС I и
0,085 с для комплекта ДЭ 2. Однако мощность, потребляе-
мая НО, значительно меньше: 2 ВА— по целям така и
15—20 В-А — по иепям напряжения.
Создание комплектны* устройств релейной зашиты на
транзисторах, а в последние годы н на ОУ требует органи-
зации пнтанив полупроводниковой части устройства.
В эгпх условиях ИО сопротивления с применением полу-
проводниковых усилителей оказываются существенно более
совершенными, чем при использовании детекторных схем
сравнения. Во ВНИИР был проведен ряд разработок па-
нелей полупроводниковых защит с той же областью приме-
нения, что н широко выпускаемые панели ПЗ-З н
ЭПЗ-1636-67. С применением транзнсторсо была разрабо-
тана панель защиты типа ПЗ-201, однако переход на мик-
роэлектронную элементную базу позволял создать устрой-
ства более технологичные и обладающие лучшими харак-
теристиками, меньшими потребляемой мощностью и
габаритами.
В качестве примера рассматриваются элементы ИО со-
противления, использованные в дистанционной защите
ВЛ 35 кВ сельскохозяйственного назначения тппаБРЭ 2701,
в шкафу трехступенчатой дистанционной и четырехСтупен-
чатоп токовой защит пулевой последовательности ВЛ 110
« 220 кВ тана ШДЭ-2801 н ряде других защит ЧЭАЭ [17J,
Формирование сигналов, подаваемых на схему сравне-
ния, осуществляется с помощью /?С-контуров >1 ОУ, что
позволяет отказаться от установки нетехнологичных н гро-
моздких трансреакторов и дросселей для ныполнения фа-
эоповоротпых схем, частотных фильтров л резонансных
контуров и резко снизить потребляемую мощяость вход-
5—660 65
ных цепей. На рис. 1.24, а показана одна из возможных
схем формирования сигналов £„=/£„—U с произвольным
расположением вектора Zn- Выходное напряжение —и!ИК
равно произведению суммы токов 1г = <14-1г+>з на сопро-
тивление резистора R5 (при малых сигналах, когда ампли-
туде O!kI, ниже, чем порог стабилизации стабилитрона
VD). Поэтому ц определяет составляющую У«ы>, пропор-
циональную —Z на входе реле, ^ — реактивную и ц —ак-
тивную составляющие Z... a is —сформированный сигнал
ZK—Z. Векторная диаграмма токов и напряжений в схеме
формирования сигналов показана на рлс. 1.24,6. Изменяя
положение движков потенциометров RI и R2, включенных
на напряжения ±Ui, пропорциональные токам ±Л и под-
ключая к ним конденсаторы н резисторы, можно получить
произвольное положение вектора Zn в любом из квадран-
тов комплексной плоскости RX. Когда У»и, превышает
порог стабилизация стабилитрона VD. моменты перехода
его кривой через нуль сохраняются н при очень больших
входных сигналах: йеымяз—<4sign(ZB—Z). т. е, схема
66
сравнения по фазе продолжает функционировать пра-
вильно.
При выполнении направленного реле сопротивления Не-
обходим, как было показано выше, контур подпитки от
неповрежденной фазы, который прн близких трехфазных
КЗ должен служить контуром «памяти*. Пря использова-
нии ОУ наиболее простым является применение двойно-
го Т-образного фильтра в отрицательной ОС. Схема кон-
тура подпитки показана на рлс. I 24, в. При промышлен-
ной частоте Т-образный фильтр может быть настроев
таким образом, чтобы токи в его ветвях <, и <а были рав-
ны и противоположны по знаку, а следовательно, сопротив-
ление ОС велпко. Если считать инверсный вход ОУ потен-
циальным нулем, то этого можно достигнуть, если напря-
жения на конденсаторе С2 (Ut) и резисторе R2 (U,}
сдвинуты на 90" (см. векторную диаграмму рис. 1,24,а).
В этом случае коэффициент передачи ОУ велнк. Прп от-
клонении частоты в ту или иную сторону фильтр расстра-
ивается н сопротивление ОС уменьшается. Слишком боль-
шой коэффициент передачи может привести к появлению
автоколебаний, нарушающих работу ИО. Поэтому в схему
вводятся елементы расстройки, ухудшающие фильтрующие
свойства, но новышаюшле устойчивость работы фильтра.
Если входное напряжение Uc снижается до нуля, то вы-
ходное яапряжевие затухает с собственной частотой анало-
гично напряжению в рассмотренной выше схеме с коипен-
сатором и трансреактором. Сигнал Uc от контура поконтки
в схеме сравнения по углу подается дополнительно к ос-
новным, кан это лраитпкуется и в схеме сравнения по аб-
солютным значениям.
Полученные напряжения ew подаются На симметричный
двухполуперподный формирователь импульсов несовпаде-
ния знаков их мгновенных значений (Ri*=Rt; R3—RJ
(рис. [.25,а). Если напряжение ет отсутствует, то ток от
источников питании ±15 В проходит через резпеторы RI
И R2 п диоды VD1— VD6. Поэтому к диодам VD7 и VD8
приложено обратное напряжение, примерно равное паде-
нию напряжения на RI и R2. При этом на инверсном вхо-
де ОУ потенциал ниже, чем на неинверсном, и ОУ находится
в режиме насыщения е положительной полярностью UBU,
(/</ь рис. 1 25,6), Если хотя бы одно пэ напряжений <?„
отсутствует (Д1о), то обратное напряжение на одном из
диодов не меняется (источнпк с нулевым напряжением
Может быть заменен эакороткой), а ток от остальных на-
5* 67,
схеме, реагирующая на отношение катервкиов совпадения
Ati и несовпадении &tm направлений. Две раэиовидиостп
такой схемы были рассмотрены иа примерах реле тока {на-
пряжения) и направления мощности РМ-11, РМ-12.
На рис. 1.26 приведена схема, отличающаяся способом
пряжений открывает другие диоды. Если параметры схемы
выбраны таи, что обратное напряжение на одном диоде
[С/мр=Е«атЯ1/.{Л1+Яз)] с запасом больше, чем прямое
напряжение на другом диоде, то полярность не изме-
няется. Если направления всех напряжений ет совпадают,
то полярность и,ы, также не изменяется. Лишь при мгно-
венных напряжениях et, имеющих разные знаки по край-
ней кере на ивух входах, токи проходят как по диоду VD1
(от положительных ет), так н по диоду VD8 (от отрица-
тельного ef). Полярность напряжения на обоих диодвх, а
еледов ательно. и между входами ОУ изменяется и напря-
жение и1Ы, становится отрицательным, Схема может ра-
ботать, если инверсный и непнверсный плоды ОУ поменять
местами. При атом лишь изменится полярность выходного
напряжения.
Таким образом, формирователь импульсов, показанный
ва рпс. 1.25, а. реагирует на несовпадение направлений
сравниваемых диух илн более напряжений ет, количество
которых может быть произвольным. При сраниенни двух
сигналов схема может реагировать и на совиадение ис-
ходных напряжений е», если изменить полярность одного
Последним из элементов ИО сопротивление является
иания а возврата триггера. До срабатывания ИО конден-
сатор С заряжен положительным напряжением и„, через
резистор R2 (длительно каи в конце ннтервелов Д(с) до
напряжения Ui на резисторе R3. Ограничение напряжения
определяется тем, что открывается днод VD3 н конденса-
тор шунтируется, Цель ограничения — повысить быстро-
действив ЙО. так как уменьшается разница между исход-
ным напряженней и напряжением срабатывания триггера
Шмитта Ut ва резисторе R4. В интервале <WBC происходят
разряд конденсатора С через резистор R1 под воздействи-
ем отрицательного Ua„ Изменение соотношения между со-
противлениями резисторов R! и R2 изменяет соотношение
между интервалами п при срабатывании. Для
(Схемы сравнения двух сигналов по фазе равенство Дгс =
, =41^, т. е. равенство сопротивлений резисторов RI и R2,
соответствует гранпце срабатывания |\р| =90“ к, слсдова-
телъно, обеспечивает получение круговой характеристики.
Экаиптическая характеристика ИО будет в случае, если
Я1<Лг, т. в. |ф| >90°. Чем меньше отношение RJR^, тем
меньше эксцентриситет эллиптической характеристики.
Кривые напряжения на конденсаторе С аналогичны пока-
занным выше для схемы сравнения токовых ИО н реле
69
типа РМ-11. Границы его изменения
С помощью элементов, показанных на рис 124—1.26,
можно выполнить ИО сопротивления с любыми рассмот-
ренными в § 1.9 характеристиками. Прп выполнении ИО
сопротивления с круговыми или эллиптическими характе-
быть вэятв с обратной полярностью
Для получения четырехугольных характеристик НО со
противления необходимы четыре схемы формирования
сигналов E*=/Z—U по числу особых точек характеристп
кп Z|. Z2, п Zi п формирователь импульсов совпаденвя п
иесовпадеипя их иаправленпй (см рис 1.24, а н 1 25, а)
На выходе формирователя устанавливается элемент за-
держки с временем уставки Т/2<.11„<Т, где Т — период
промышленной частоты. Назначением элемента задержки
является разрешение срабатывания ИО при непрерывном
несовпадении направлений по крайней мере двух пз срав-
ниваемых напряжений ет и запрет срабатывания, если в
течение иолупсриода хотя бы на очень короткий промежу-
ток времени будет зарегистрировано совпадение направле-
ний е9 или отсутствие по крайней мере одного из ннх.
из нескольких дуг окружностей, показанную на рнс. 1 17, 6,
то требуются схемы формирования сигналов по числу осо-
бых точек, формирователь импульсов совпадения и несов-
падения н схема, реагирующая на соотношение интервалов
Мс п Д1«с. Соотношение сопротивлений резисторов R1 м
R2 в этой схеме выбирается с таким расчетом, чтобы вы-
ходной сигнал появился ирн углах несовпадения, ббльших
вписанного угла дут, соединяющих особые точки (см. рис.
Можно добавить, что в сетях с высоким уровнем состав-
ляющих с частотой, отличной от промышленной, необходи-
мо осуществлять фильтрацию входных елгналов. Для этой
цели применяются активные частотные фильтры на ОУ, на-
пример с двойной Т-образной схемой, показаииой на рис.
I 24. в. В [17] предложено совмещать функции формирова
Применение описанных выше элементов позволило по-
лучить ИО сопротивления с малой потребляемой мощностью
в целях тока (0,5 В А) и напряжения (1 В-A). Напряже-
ние, при котором погрешностью ИО сопротивления не пре-
вышает 10 %, составляет около 0,5 В, что в совокупности
существенно лучше, чем в электромеханических кип детек-
торвых ИО.
Измерительные органы сопротивления, имеющие вы-
держку времени, зависящую от сопротивления на входе,
разрабатывались в СССР еще в 30-е годы, однако прениу.
шественное развитие получили ступенчатые дистанционные
защиты. В 70-е годы по препложению Украинского отдела-
вка Сельэнергопроекта началась разработка дистанкаон-
кой защиты с такими ИО для ВЛ 6 п 10 кВ с сетевым ре-
зервированием, в основном для сетей сельской электрифи-
кации [18].
Наиболее просто получить такой ИО с помощью детек-
торной схемы сравнения по абсолютным значениям с Дву-
мя сравниваемыми величинами. В этой схеме временная за-
висимость может быть получена с помощью инерционных
звеньев .(обычно ЛС-контуров), которые обеспечивают уве-
личение во времена рабочего кап уменьшение во времени
тормозного сигналов. На рис. 1.27, а показана часть детек-
торной схемы сравнения по абсолютным значениям ИО
полного сопротивления, в которой рабочий сигивл являет-
ся функцией времени: eai=ft1(f)|/^„[i где мо_
даточная функция контура, состоящего нз резисторов К/.
R2 н конденсатора С [19]. По мере заряда конденсатора
71
70
ааачение Eai увеличивается. что равносильно увеличению
сопротивления на входе ИО при срабатывании НИ. Если
обозначить b=-Rj/то при нулевых начальны» ус-
ловиях (кошсеисатор С разражен) зависимость сопротивле-
ния срабатывания от времени будет иметь вид
Z.,»-z;e[l+(a-J)»-«4 (1.301
а времени от сопротивления
'-, = ^
0.31)
где т«»ЯЛС/.(Л|+Л(). Характеристика <(Z) показана
кривой 2 на рис. 1.27,в. Точка А соответствует Z^, .точ-
ка Б—2^, /а. Хорошо BK1IH0, что она более линейна, чем
характеристика I. Однако схема овладеет серьезным недо-
статком. связанным с тем, что прл резком снижении U в
upouecce КЗ. например ири переходе одного вида КЗ в дру-
гой, напряжение на конденсаторе С не может изменяться
скачком и поэтому на резистора R2 выделится разность
уменьшенного напряжения U п напряжения на конденса-
торе. Если последнее больше, чем U, то напряжение на ре-
зисторе R2 может даже изменить знак и ИО сработает не-
селективно.
Использование зависимых от времени входных напря-
жений позволяет выполнить и направленные ИО сопротив-
ления с нременем срабатывания, зависящим от сопротив-
ления на входе [20].
Для сетей 6—10 кВ были разработаны устройства дис-
танционной зашиты типов ДЭ-10 u КРЗА-С с ИО. имею,
шнмп принципиальную схему, аналогичную показанной на
72
1.15. Схемы преобразования сопротивления на еноде НО
в пропорциональное напряжение
8)
74
как выходное напряжевн
валу X, Принимается pBBl
1 ИО сопротакленпя должно сглажн-
отсутствии входных сигналов выходноП снгнвл является неопределен-
ным Поэтому в схему ДУ должны вводиться дополнительные очень ма-
лые сигналы, удержнааюцле интеграторы в начальных условиях.
На ряс. 130 показаны характеристики ИО для случая, когда час-
-.........- — " -----веано выше частоты пульсадвв выпрям
а сигналов. Для ИО вешгого сспротиа-
упрощенчо представлены как сумма но-
ии = и (1 + л ain (2ш< + 2»)1;
“/ “*г Л1 + S|n 2®Л.
где л—отношение амплитуды второй гармоники я постоянной состав
лающей
будет равно частному от деления входных сигналов.
ленник н сглаженных в^
лення этн сигналы могут
стоянкой В переменной со<
(133»
Не ряс 130, а показаны атп напряжения для двух Возможных
условий срабатывания 1|О прн равенстве порога срабатывания moi..
симумам ) И минимумам 2 выходного напряжения Условием экстрему
мое фувкгцзп (I 34) является sln(2a>r + t) = —Л cos ♦ При этом харак-
теристика срабатывания ИО имеет вод
() — л’] 2ср =2ус1 [l — H!cos2t ± V''(1 — n!cos2ip)!— (| —
Эта Характерпстпка блеска по форме замкнутым кривым, образе-
75
1.16. Схемы цифровых ИО сопротивления
Современные фиксирующие приборы, применяемые для
определения места повреждения (ОМП), выполняются Циф-
ровыми, что обеспечивает высокую точность измерения п
уменьшает вероятность грубых ошибок дежурного персона-
ла при регистрации показании приборов. Если выполнить
ИО сопротивления цифровым, то он сможет одновременно
использоваться и в дистанционной защите, п как составная
часть устройства одностороннего измерения расстояния до
места повреждения.
Рассмотрим дна способа выволвення цифрового ИО сонротввле.
напряжения с цифровым выходом, прслорциояальпыи Inf. In О, In/"1
или In О-1, Не рас. 131, а показана упрощеннее схема преабрааовавив
Рис. Ul. .Упрошеаная схема преобразователя непрнженин, протюрпво-
валыюго ТОХУ, а интервал вреИена, пропорцгокальвый его логарифму
(о), и кривые напряжения преобразователя (в)
77
Содержимое счетчика Сч записывается в регистры Р (три декады) и за*
вксаиное число соответствует времени iny Оно характеризует сооро-
79
явление существенных токов (напряжений) небаланса, ши-
роко используются ИО с торможением от какой-либо ком-
бинация входных токов. Поскольку основной причиной по-
явления токов небаланса являются элементы, нелинейность
которых становится заметной прн больших кратностях то-
ка, торможение часто выполвяют нелинейным: при входных
токах, меньших номинального, оно отсутствует нлн очень
мало, а при увеличении тока, когда могут появиться неба-
лансы, создается п тормозной сигнал, зависящий от вход-
ного тока. 0 СССР получил широкое распространение спо-
соб магнитного торможения в дифференциальных токовых
реле серии ДЗТ 10, выполненных на электромагнитной эле-
ментной базе (см. гл. 10).
Прн использовании детекторных схем сраввения ИО с
торможением практически повторяют схемы сравнения ИО
направления мощности и сопротивления, но вместо пуль-
индикатора используется пороговое устройство. Схема и ха-
рактеристики такого ИО приведены на рпс. 1.33,а (сгла-
живающие контуры не показаны). При отсутствии тормоз-
ного Сигнала ИО работает, как обычное реле тока с током
срабатывания Zoc.p Прн появлении тормозного сигнала ток
срабатывания увеличивается. Чем выше степень торможе-
ния, тем больше угол наклона а результирующей характе-
ристики I Введение торможевпя равносильно увеличению
напряжения срабатывания ПУ пропорционально тормозно-
му току (прямая 2).
Нелинейное торможение в детекторной схеме сравнения
может быть получено с помощью стабилитрона VD в тор-
мозной цепи (рис. I 33,6). Когда тормозное напряжение на
выходе моста меньше напряжения стабилизации VD, ток
срабатывания ИО не зависит от тормозного сигнала. При
дальнейшем росте тормозного сигнала тормозное напряже-
ние. подаваемое на ПУ, линейно возрастает. Когда напря-
жение стабилизации VD равно напряжению срабатывании
ПУ, результирующая характеристика ИО проходит по пря-
мой, пересекающей начало координат. Если тормозным
сигналом является напряжение защищаемой ВЛ, то ИО с
6—660
1.18. Нуль-индикаторы НО
82
тоэлектрнческнх реле ряда иностранных фирм. Усилие,
приложенное к рамке магнитоэлектрического реле, опреде-
ляется по закону Био и Саварра F=kBlai, где В — вндук.
дня в поле постоянного магнита; I — ток в рамке с числом
витков и>. Магнитоэлектрическое реле обладает направлен-
ностью действия, так как направление усилия зависит от
взаимного направления потоков рамки и магнита. Посколь-
ку рамка реле имеет малую инерцию, изменение гока в ней
может привести к длительным н довольно интенсивным ко-
лебаниям Поэтому рамка магнитоэлектрического реле, так
же как и рамки чувствительных магнитоэлектрических при-
боров, должна быть замкнута на успокоительный резистор.
При этом колебания рамкн будут подавляться за счет воз-
никновения замкнутого контура в поле магнита, Наличке
успокоительного ковтура снижает чувствительвость магни-
тоэлектрического реле к переменной составляющей тока, но
существенно увеличивает время его действия Магнитоэлек-
электромеханических систем, так как рамка, как правило,
является очень легкой, а создание сильных магнитных полей
с помощью постоянных магнитов не вызывает затруднений
У современных магнитоэлектрических реле мощность
срабатывания достигает 10-’—10*™ Вт, и с этой точки зре-
ния такое реле является прекрасным нуль-инднкатором. Од-
нако эти реле обладают существенными недостатками:
1) не имеют опрокидывающего момента (т. е. положнтель-
от угла поворота рамкн, и замыкание контактов из-за это-
го может быть недостаточно четким; 2) контактная система
ненадежна и мала ее коммутацпоннная способность; 3) во
дачей в обмотку тормозного тока, что усложняет схему за-
шиты, 4) малая виброустойчивость и значительное время
Использование ОУ позволяет соэдаеать'НИ с высокими
чувствительностью и быстродействием, а благодаря пали
чию положительной ОС — с четким срабатыванием Кон
тактный выход такого НИ может быть обеспечен включе-
нием на него реле с магнптоуправляемымн контактами Ес-
тественно. что применение НИ на ОУ требует источника
напряжения ±15 В, который в детекторных ИО не предус-
матривается
Простейший НИ может быть выполнен на компараторах
на базе ОУ [25]. Схемы комаараторов уже были показаны
в’ 83
выше квк составная часть ИО с ОУ. Если сравниваемые на-
пряжения подать на инверсвый в иепиверсный входы ОУ,
то изменение полярности выходного напряжения произой-
дет, когда два входных напряжения станут практически
равными друг другу. Благодаря очень высокому коэффици-
енту усиления ОУ разница между входными напряжения,
мп пренебрежимо мала. те. компаратор на ОУ является
очень высококачественным НИ. Наличие положительной
ОС позволяет не только обеспечить четкое срабатывание
НИ, во и в определенной степени снижает требования к
сглаживавию сравниваемых выпрямленных напряжений
ИО.
Наличие перепевкой составляющей в напряжении, до-
даваемом не НИ. оказывает относительно малое влияние
иа работу магнитоэлектрического реле из-за его ивершюн-
ности. Если в качестве НИ принять простой компаратор па
ОУ. то появится «вибрвипя» выходного сигнала. Поэтому
при разработке НИ для замены мигннтоэлсктрпческого ре-
ле в ИО сопротивления панелей зашит ЭПЗ-163в-67и ДФЗ
всех исполнений [26] была использована время-иипульс-
ная схема на двух ОУ, показанная на рис 1.36,а. На выхо.
де А1 при отсутствии входного сигнала напряжение поло-
64
жнтильно и конденсатор С заряжен. Порог срабатывания
НИ задается отличным от нулевого (около 60 мВ) с по-
мощью делителя R2, R3 с целью повышения помехозащи-
щенности при достаточно высоких чувствительности и ста-
бильности, Налвчие переменной составляющей в разности
сравниваемых абсолютных значений приводит н тому, что
ид выходе А1 периодически изменяется полярность напря-
жения еще до того, как среднее напряжение на его входе
достигнет значения срабатывания [Дни. Однако деятель-
ность отрицательных импульсов выходного напряжения ока-
аывается меньше, чем положительных, пока среднее напря-
жение [/„,„ меньше С4цц. В момент равенства этих иапря.
жеяий даительность положительных и отрицательных
импульсов одивакова (рпс. 1.36.6). Поскольку постоянные
времени заряда и разряда конденсатора С одинаковы, на-
пряжение на входе А2 остается положительным. Для сра.
батываиия НИ необходимо, чтобы [/«.ср стало несколько
больше [/сни. Тогда напряжение на конденсаторе С будет
падать и произойдет опрокидывание триггера Шмитта иа
операционном усилителе А2, открытие транзистора VT и
срабатывание выходного реле KL Работа НИ по схеме
рис. 1.36,а аналогична работе рассмотренных выше схем л
отличается только соотношением постоянных времен заря-
да и разряда конденсатора С.
Питание НИ, показанного, на рлс. 1.36.0, осуществляет-
ся от преобразовательных блоков, общих ддя ЙИ каждого
комплекта реле (например, КРС-1 и ДЗ-2 иа панели типа
ЭПЗ-1636).
1.1&. Фильтры симметричных составляющих
Для повышения чувствительности релейной защиты, а в
ряде случаев для уменьшения количества ИО применяют-
ся фильтры симметричных составляющих тока в напряже-
ния. Это могут быть как фильтры отдельных последова-
тельностей (прямой, обратной, нулевой), так и комбиниро-
ванные фильтры, выходное напряжение (ток) которых
пропорционально некоторой комбинации симметричных со-
ставляющих (обычно Двух). Выполнение фильтров симмет-
ричных составляющих основано на применевян активно-
реактивных звеньев, выбранных с таким расчетом, чтобы
при номинальной частоте напряжение (ток) на выходе бы.
ло пропорцновально напряжению (току) какой либо после-
довательности одной из фаз и сдвинуто относительно него
85
W^. zk.
Рис. f .37. Схема ФНОП (а) н его векторные диаграммы (б, в)
на постояпяый угол [27]. Исключение составляют фнлигры
токов пли напряженки нулевой последовательности, которые
осуществляют простое алгебраическое сложение фазных то-
ков или напряжений, и поэтому их выходные величины не
зависят от частоты сети. В схемах релейной защиты с элек-
троыеханнчесхимн н детекторными ИО наибольшее распро-
странение получили активно-емкостные фильтры напряже-
ния обратной последовательности (ФНОП) и ахтпвно-нн.
дуктивные фильтры тока обратной последовательности
(ФТОП).
Схема ФНОП показана на рис. 1.37.а. Фильтр включа-
ется на три линейных напряжения, благодаря чему на его
входе отсутствуют составляющие нулевой последовательно-
сти. Поскольку звенья фильтра являются линейными, при
его анализе можно воспользоваться методом наложения,
т е. рассматривать порознь выходные напряжения фильтра
при подаче на него составляющих прямой и обратной после-
довательностей,
следоватедьиости показаны на рис /37,6. Если соотношение еыкост-
выбрать рнаним I [^”5. а соотношение сопротивлений конденсаторе
С2 н резистора R2 — y'S• I, то потенипалы точек тип фильтра бу.
пряжение на резисторе Pl будет опережать линейное напряжение 12яе
но 30° и равняться высоте треугольника линейных наярижеякй, а на-
пряжение на резисторе R2 будет опережать линейное напряжение UBC
ltd Off я равняться половине линейного напряжения
Lean па фильтр подать напряжения обратной последовательности,
то его векторная диаграмма будет иметь вид показанный па ряс 1.37. а.
где сохраняются псе соотношения между напряжениями Uab. Ubc н
напряженьями на резисторах Д/ н Р2, соответственно Электродвпжу
85
этой МДС на угол ЭД",
При изменении частоты сети фильтр расстраивается
(изменяется шМ) и на его выходе появляется небаланс. На.
пряжевпе на выходе фильтра всегда будет иметь место
при наличии в сети токов высших гармоник, прячем
фильтры, изображенные на рнс. 1.38, подчеркивают выс-
шие гармоники тока за счет дифференцирующего действия
TAV. Так же как и ФНОП, ФТОП может быть преобразо-
ван в фильтр тока прямой последовательности, если изме-
нить чередование фаз токов, подводимых к фильтру.
В ряде схем зашиты используются комбниироваввые
фильтры токов, например /i+h/з или Л+*/о. Такие фильт-
ры могут быть получены расстройкой рассмотренных выше
фильтров прямой или обратной последовательности.
Если, например, в фпльтре токов прямой последова-
тельности уменьшить взаимную индуктивность Af, то нрн
подаче па фильтр системы токов прямой последовательно-
сти ЭДС на выходе фильтра немного уменьшится, а прн
подаче токов обратной последовательности на выходе по-
явится некоторое напряжение, При одинаковых тонах ЭДС
на выходе при подаче тока Ц уменьшится ровно настолько,
насколько увеличится эта ЭДС при подаче тока /2. Выби-
рая степень расстройки фильтра, можно регулировать зна-
чение я знак Ji.
85
Фильтр Л+4/q может быть получен на фильтра /, изме-
нением соотношения между сопротивлениями двух частей
резистора В этом случае нарушается компенсация паде-
ния напряжения от токов нулевой последовательности, что
Приводят к появлению на выходе фильтра ЭДС, пропор-
циональной току /о. В зависимости от соотношения между
сопротивлениями двух частей резистора ЯЛ могут быть
получены различные значения k ио модулю и знаку. Элек-
тродвижущая сила фильтра, пропорциональная току
ори этом не изменится,
В распределительных сетях с изолированной нейтралью
трансформаторы тока устанавливаются только в двух фа
зах и схемы фильтров тока, рассмотренные выше, не могут
быть использованы. Отсутствие ТТ в одвой фазе делает
невозможным как выделение, так и отстройку от составля-
ющих тока нулевой последовательности. Возможно выпол-
нение лишь простых п комбинированных фильтров токов
прямой и обратной последовательностей, во и в этом слу-
чае правильная работа фильтров может быть обеспечена
только при трехфазиых н двухфазвых КЗ.
На рис. 1.38, д показана схема ФТОП, включаемого на
два ТТ в фазах А и С. Эта схема принципиально ве от-
личается от схемы рассыотревного выше ФТОП, так как
яри отсутствия токов пулевой поеледовательвостя сумма
токов фаз А н С равна току фааы В с обратным знаком.
На базе схемы рис. I 38, д могут быть выполнены также
фильтры А н Л+W».
Рассмотренные выше фильтры имеют аылод. гальвани-
чески связанный со входом. Поэтому они могут применять
ся только с электромеханическими ИО. Для детекторных
схем необходимо гальваническое разделение входных и вы-
ходных цепей В схеме ФНОП это проще всего осущест-
вляется с помощью трансформатора, включенного на выход
фильтра. В схеме ФТОП для гальванического разделения
входных и выходных цепей резистор Ял можно вилючать
на ток фазы А через промежуточный трансформатор тока
TAL Компенсация тока 1а осуществляется при этом с по-
мощью дополнительной первичной обмотки, иключаемой в
нулевой провод ТТ.
Таким образом, в фильтре используются деа типа вход-
ных преобразователей тока. TAL для токов 1л п /о и TAV
для токов и /с. При Этом фильтр получается наиболее
экономичным, так как TAV одновременно выполняет н
функции схемы поворота вектора _/а—[<• на 90°.
89
Ш1
При использовании ОУ потребление входных цепей
фильтра настолько мало, что более удобно для массового
производства выполнять одинаковые входные лреобразо-
с ОУ является необходимость по условиям помехозащи-
щенности соединять одни из концов обмоток входных пре-
образователей с нулевым выводом источника питания
полупроводниковой Схемы Поэтому ФТОП для устройств
с ОУ выполняется по схемам, отличным от показанных на
рис 1.38 Примером является фильтр, схема которого при-
ведена на рис. I 39, а. На промежуточные трансформаторы
тока TALI и TAL2 подаются разности токов 1Л—/0 и
1с—1о- Токи ТТ разветвляются между резисторами И котг
ров появляется напряжение небаланса. Погрешности филы
90
J.20. Схемы, выделяющие максимильиыс или миннмильные
подаваемые величины
В ИО. использующих выпрямленные токи н напряже-
ние, применяют скемы, выделяющие наибольшие (манси-
селекторы) и наименьшие (миниселекторы) величины.
Если напряжения и токи, подаваемые на ыакси- и мниисе-
лекторы, не сглажены, то выделяются наибольшие или
наименьшие мгновенные значения выпрямленных сигналов,
а при хорошем сглаживании —их средние значения. Схемы
макскселектороа, включаемый на источники вынужденно
го тока а напряжеиже (например. TAL п TVL), показаны
на рис, 1.41 С помощью максиселектороа выделяют обыч
но сигнал, пропорциональный наибольшему току. На рис.
141, а приведена схема, выделяющая наибольший модуль
мгновенного тока. Если в какой-либо момевт времени
92
мгноневный ток одаого из промежуточных трансформато-
ров тока TAL больше по модулю, чем остильные, то вы-
прямленный ток соответствующего моста VS проходит по
двум остальным мостам, открывая все диоды этих мостов.
Поскольку токи двух других TAL в этот момент меньше,
то они замыкаются черев диоды своих мостов, не выходя
во внешнюю часть схемы. Тонп этих TAL проходят через
диоды и в обратном направлении, так как результирующий
ток во всех диодах мостов имеет то же направление, что и
больший ток. Если токи !а н 1а сдвинуты по фазе, то
средний ток в выходном резисторе R будет определяться
всемв тремя токами, а ве только тем нэ них, который име-
ет наибольшее среднее значение. В частности, при симмет-
8ИЧНОЙ звезде подаваемых токов срадвий ток на выходе
удет в 1,5 раза больше среднего тока от одного из них
(трехфазное двухполуперподное выпрямление).
Если входные токи преобразуются в пропорциональные
напряжения, например с помощью трансреакторов ТА V
(ряс. 14!,б), то наибольшее нз сглаженных ЯС-ионтура-
ми напряжений мостов УЗ может быть выделено с по-
93
|,2], Входные преобразователи ИО
В детекторных и транзисторных схемах, выполненных на
ИМС, собственно ИО гальванически изолированы от ’i Г и
ГН защищаемых присоединений аходнымипреобразовате-
1ЯМИ тока к напряжения. В детекторных схемах преобра-
зователи одновременно используются для изменения уста-
вок ИО переключением ответвненнй, обычно на вторичвых
обмотках. В полупроводниковых ИО основным назначени-
ем входных преобразователей является приведение уровня
входных сигналов к приемлемому для работы полупровод-
никовых устройств, а также для зашиты полупроводнике
вых схем от наводок на цепи вторичной коммутации. Сотой
целью между первичными и вторичными обмотками преоб-
разователя предусматривается экран, соединенный с нуле-
вым выводом источника питания полупроводниковой схемы
Экран обычно выполняется а виде однослойной обнотки
вует переходу высокочастотных первичных перенапряже-
ний через межобмоточную емкость.
94
Входные преобразователи напряжения — это обычные
промежуточные трансформаторы TVL с выведенным экра-
ном Э (рис 142,о). Назначением входных преобразовате-
лей тока является создание напряжений, пропорпионалт,-
ных току- Применяются трв основных варианта преобразо-
вателей тока. В трансреакторе TAV (рдс. 1.42,6). т. е.
трансформаторе с зазором в магнитопроводе, поток про
порцнонален входному току, а напряжение на вторичной
wpf, «теузстмп» «атрузкп прстнурштональяо первой
производной тока Трансреактор подавляет медаенно зату-
хающие апериодические составляющие и подчеркивает
высшие гармоники тока Недостатком трапсреакторов
является некоторая сложность их изготовления, связанная
с необходимостью точной настройки зазора. Более удобны
промежуточные трансформаторы тока TAL, нагруженные
на резистор R (рис 1 42, в) яти на любой активно реактив
ный контур, как в фильтре, показанном на рнс. 1.39, а
Этот вариант получил большое распространение в схемах
с ОУ, поскольку мощность, потребляемая выходными це-
пями преобразователя, невелика, а табарпты резисторов
малы. Определенные неудобства этого преобразователя
заключаются в том, что на магнитопровод небольшого раз
мера приходится накладывать первичную обмотку прово-
дом большого сечения, рассчитанным на максимальные
но дли сложных зашпт) схему с шунтом, преобразующим
ток в пропорциональное напряжение, и промежуточным
полнення схемы необходимы
точные шунты с
95
сопротивлением 0,1—0,2 Ом, выдерживающие большие то-
ки КЗ, Эта схема удобна тем, что обе обмотки TVL выпол-
няются кз провода малого сечения.
1,22, Перспективы применения микропроцессорных ИО
в релейной защите распределительных сетей
В настоящее время обшеприэваио, что следующее поколение уст-
ройств релейвой защиты н автонатяки будет выполняться на мвкро-
водвнвовой технологии, вотволяющей резко увеличить степень нитетра-
создаяня многоэлсыентпых полупроводниковых схем цифровая текинка,
позволяющая осуществлять математические н логические операции с
очень высоким быстродействием. Стоимость микропроцессоров н мак
ро-ЭВМ непрерывно снижается, а ох вараиетры улучшаются, и ноэтому
начнется в сетях сверхвысокого и улътравысокого напряжений п на
крупных авекгрнческнх станциях и подстанциях, где микропроцессор
ные устройства релейной защиты в автоматики войдут как составная
часть в общую систему автоматического управления электростанций и
подстаяцнА.
устройств зашиты по сравнению с устройствами на ПМС, 3 качестве
примера можно указать не выпушенное серийное ряде типа MCGG
фирмы GEC Measurement (Великобритания). Оно иыволиево пи базе
чать любую пт семи ицемагилопыв х а и а кте-и не i н к: пив по г>г-комгидл.
пределами до S с и одну по британскому стандарту* 1—120/(7.—11 для
рсхе мм, потреблоине целей входного тока 05 в-А, а
данным фирмы, стоимость рсел MCGG такая же, как у аналогичных
реле во ИМС.
Иэнестна нповская разработка комплекса релейной защиты двух-
трансформаторной тяговой подстаннии с восемью отходящими Ливия*
мощью вычислительной системы на двух микро-ЭВМ. Программа вре-
96
ЛОГИЧЕСКИЕ, СИГНАЛЬНЫЕ
И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ
2,1, Логические органы
К логическим, сигнальвым п исполнительным оргавам
релейной защиты предъявляются значительно мевьшне
требования по точности, чем к ИО, Работа эти» органов
определяется только фактом наличия или отсутствия вход-
ного спгнила. Порог срабатывания и возврата этих эле-
ментов выбирается с таким расчетом, чтобы надежность их
функционирования с запасом обеспечивалась при допусти-
мом отклонении уровня вхоДаых сигналов. Например, при
постоянном оперативном токе напряжение срабатывания
вспомогательных электромеханических реле, хак правило,
не превышает 0,7 номинального, а электромагнита отклю-
чения выключателя — 0,65 номинального. При этом напря-
жение на аккумуляторной батарее не должно снижаться
ниже 0,8 номинального.
Основными логическими операциями, используемыми в
релейной защите, являются операции логических сложения,
умножения, отрпцанвя и задержки. Логическое сложение
выполняется с помощью элемента ИЛИ и заилючается в
том, что выходной сигнал имеет место, если имеется хотя
бы один входной сигнал. Логическое умножение выполня-
ется с помощью логического элемента И п заключается а
том. что выходной сигнал имеет место в том случае, если
имеются все входные сигналы. Логическое отрицание НЕ
означает, что выходной епгвал имеет место при отсутствии
входного п исчезает при его появлении.
Для выполнения операции задержки используются ор-
ганы выдержки времени, сигнал на выходе которых появ-
ляется (исчезает) через заданное время после подачп ]сня-
тия) входного Сигнала.
стью индукпви в магнптопроводе от изменения входных
сигналов, вызывающего переходный процесс в реле.
В электромеханических реле с часовым механизмом вы-
держка времени пропорциональна углу поворота выходного
вала часового механизма, который равен интегралу угло-
процесс интегрирования осуществляется с помощью
ЯС-контуров, а в цифровых элементах задержки процесс
интегрирования заменяется процессом суммировании пода-
И в электромеханических, и в полупроводниковых уст-
ройствах электромеханические реле используются для по-
сылки сигнала яа отключение или включение коммутаци-
онных аппаратов. Лишь при необходимости очень быстрого
отключения для этой цели применяются тиристоры. С по-
мощью электромеханических реле производятся также
связь между полупроводниковыми устройствами, располо-
женными ив разных панелях,
8.2. Промежуточные реле
В схемах релейной защиты на электромеханической
элементной базе для выполнения логических операций, не
требующих выдержки времени или при необходимости от-
носительно малой задержки, используются электромагнит-
ные промежуточные реле.
Конструкция промежуточвых реле выбираются с таким
расчетом, чтобы они были надежными, обеспечивали необ-
ходимую коммутационную способность и требуемые изоля-
ционные характеристики, имели по возможности малую
потребляемую мощность и небольшие размеры. Коэффици-
ент возврата ве имеет существенного знвчевяя. поскольку
возврат реле должен обеспечиваться при полном снятии
напряжения, однако совершенно недопустимо «залипание»
реле под воздействием остаточной пвдукцин в магнитопро-
воде. Наиболее распространены Промежуточные электро-
магнитные реле клапанного типа с поворотным якорем,
притягивающимся к полюсному наконечнику магнитопрово-
да, обычно П-образной формы [3].
Основными промежуточными реле постоянного тока,
используемыми в Схемах релейной зашиты, являются реле
РП-23, время действия которых составляет около 60 мс,
быстродействующие реле РП 220 с временем действия
100
около 10 мс н реле с замедлением на срабатывание иля
-возврат серия РП-250. Напряжения срабатывания состав-
ляют около 0,7 УН01„ а возврата (0,034-0,05) (за не-
которыми исключениями). Быстродействие реле РП-220
достигается за счет некоторого облегчения конструк-
ции и включения последовательно с катушкой реле до-
бавочного реэвстора-, резко снижающего постоянную
времени реле, т е обеспечивающего быстрое нараста-
ние тока, а следовательно, магнитного потока н усилия
В реле серии РП-250, наоборот, принимаются меры кля
-Снижения скорости нарастания потока после подачи напря-
жения, если необходима задержка на срабатывание, или
снижения скорости спадания потока после святая напря-
жения, если веобходима задержка на возврат.
чае может быть достигнута увеличением добротности электромагнита
(потери в меди обмотан и стали иагинтонровода) Увеличение доброт*
ненне количества аятов при иепвменпых геометрических разно
рах катузиян практически ве сможет повлиять па добротность си.
стены. Уменьшение потерь в добротном реле замедляет скорость
караСтанпя магнитного потокв реле за счет увеличенной постоянной
незамкнутых гильз, охаатываздчнх мапгптопроаод и звнкмаю1инх су
шественную часть катушки. Прн подаче напряжения на реле а шльавх
прохода! наведенный ток, создающий магнитный потоп, направленный
астречво по отношению я магнитному потоку основной обиотня. Наве-
денный тов а гильзах затухает с постоянной времени, определяемой
соб обеспечения ееиедлення прн срабатывании может дать эффект
объема основной обмотки.
В реле серин РП-250 магнитная система более добротна, чем в ре*
ле РП-23 и РП-220 Кроне того, о пем Иснользуются короткозамкнутые
0,12 с (реле РП-251) прн нотребденпн 6 Вт, т е таком же, как у реле
рп га и рп гго,
101
Для выполнения логических функций в комплектах
защиты довольно шпроко используются кодовые реле серии
КДР, Они выпускаются без кожуха и имеют приблизитель-
но такую же конструкцию, как реле серии РП-250. но
авачительно менее мощную контактную систему, что позво-
ляет получать большее быстродействие для реле без вы-
держки времени и большее время действия в реле с за-
держкой. Кроме того, кодовые реле имеют существенно
меньшее потребление (не более 1—2 Вт). Для применения
в комплектных полупроводниковых устройствах ЧЭАЗ вы-
пускает малогабаритные реле РП-13 (без кожуха), име-
ющие примерно такое же потребление, что и кодовые
В настоящее время на ЧЭАЗ подготовлен выпуск новой
серии промежуточных реле РП-16, РП-17 и РП-18 с не-
скплько измененной конструкцией магнитопровода и кон-
тактной системы, обеспечивающей меньшую материалоем-
кость. При этом основные параметры их будут аналогичны
рассмотренным выше параметрам реле РП 23, РП 220 н
РП-250. Существенной особенностью серии является при-
менение полунроводнвковых схем задержки в реле РП IS,
выполняющихся в модификациях, имеющих замедление на
Срабатывание и возврат. Аналоги таких схем рассмотре-
ть. _ с О? on to - „...„.„.„.а
па возврат до 2 с выполняются с помощью электромагнит-
102
вого реле с магнптопроводом из магнитотвердой стали, бла-
годаря чему якорь реле остается притянутым к полюсному
наконечнику после снятия напряжения Для возврата реле
используется импульс тока обратного знака, проходящий
через катушку реле от конденсатора, заряжаемого при сра-
батывании реле. При возврате открывается выходной тран-
зистор полупроводниковой схемы задержки, также питае-
мой от заряженного конденсатора
Ряд промежуточных реле выпускается Киевским заво-
дом реле и автоматики. Йз-за несколько другого конструк-
тивного выполнения они не нашли такого широкого рас-
пространения в схемах релейной зашиты, как реле ЧЭАЗ,
но по своим показателям они мало уступают последним.
Так, реле ПЭ-21 с потребляемой мощностью 6 Вт и време-
нем срабатывания 50 мс имеет До восьми контактов в
разных комбинациях Коммутационная способность на по-
стоянном напряжении 220 В около 70 Вт. Их заменят под-
готовленные к выпуску малогабаритные промежуточные
реле ПЭ-36 н ПЭ-37
В схемах релейной зашиты на выпрямленном оператпв
ном токе промежуточные реле постоянного тока включа-
ются на несглаженное выпрямленное напряжение. При
этом в токе реле, а следовательно, и в рабочем потоке
имеются как постоянная, так в переменная составляющие.
Постоянная составляющая тока определяется средним вы-
прямленным напряжением и активным сопротивлением
обмотки Амплитуда переменной составляющей тока зави-
сит от постоянной времени обмотки реле т При т=2 мс,
что соответствует быстродействующим промежуточным ре
ле с добавочным резистором РП-220, мгновенный ток спи-
но для реле без добавочного резистора, переменная состав-
ляющая тока незначительна. Поскольку промежуточные
реле имеют низкие коэффициенты возврата, их работа на
выпрямленном напряжении практически не отличается от
работы на постоянном напряжении, если время срабаты-
вания реле не менее 10 мс [30]
В промежуточных реле серий РП 220, РП-250 в РП-16—
РП-18 имеются исполнения с удерживающими обмотками
для поддержания состояния срабатывания после исчеэно
веппя основного входного сигнала, Удерживающая обмотка
включается последовательно с замыкающим контактом ре-
ле, и по ней проходит ток управляемой цепи, например ток
электромагнита отключения выключателя, В схеме должен
103
о y j — о быть предусмотрен разрыв цепи 0 о удерживании, например вспомога- 0 1 1 о тельными контактами выключа- ° Для использования в схемах ре- о-| уОч J. кУь—о лейной защиты на переменном one- cJ-bQl Т~Т 11—ю ративном токе выпускаются реле и:- [Ц | | % па РП-341, Их назначением являет- ° 1 Lryi Ti.il0 ся Дешунтпроваине типовых электро- магнитов управления выключате- Рис. 22. Прнвинлпаль- лей и короткозвмыкателей, имею- аая схемные типа Щ||х ||олное сопр0тнаЛсвие не более 4,5 Ом При токе 3,5 А и не более 1,5 Ом прн токе 50 А. Прн таких условиях контакты реле могут дешуитнровать управляемую цепь прнтокахдо!50А. Контактная система реле {рнс.2.2) выполнена таким образом, что она сначала замыкает управляемую цепь, а затем уже осуществляет дешунтиро- ванне. Наличие замыкающего контакта в управляемой пе- ли препятствует излишнему срабатыванию при больших токах, проходящих по размыкающему контакту. Даже прн небольшом сопротивлении этого контакта напряжение на нем могло бы вызвать пэлншнее срабатывание дешунтиру- емого электромагнита, несмотря на то. что реле типа РП-341 не работает. Реле типа РП-341 состоит из токового выпрямительного блока питания (насыщающегося транс- форматора тока TLA, шунтирующего конденсатора С и выпрямительного моста VS) п электромагнитного проме- жуточного реле KL. Управление реле может осуществлять- ся либо замыканием цепи KL, либо дешунтированием VS (при замкнутой цепи KL] Ток срабатывания реле неболее 2,5—5 А в зависимости от соединения обмоток и а коэффициент возврата не менее 0,03 и не более 0,3. Время срабатывания 60 мс. Сопротивление токовой цепи нелиней- но. Прн этом напряжение на обмотках реле относительно мало зависит от тока из за насыщения магиитопровода промежуточного насыщающегося трансформатора (ПН Г) TLA. При последовательном соединении обмоток icj п ш' напряжение прпмерво равно 1,8 В (/=2,5 А, 2—0,7 Ом: /=5 А, 2=0,35 OU и т. д.). На том же принципе выполнено в реле типа РП-321. от- личающееся только тем, что не имеет усиленных контак- тов для дешунтпрованпя электромагнитов отключения и включения коммутационных аппаратов. 104 2.3, Реле с мвгинтеуоравляемыми контактами (геркоиамв) В полупроводниковых устройствах в качестве элемен- тов логики, гальванически разделяющих полупроводнико- вую н электромеханическую части защиты, наибольшее распространение получили реле с магнитоуправляемыми герметичными контактами (герконами). Их контактные пружины из ферромагнитного материала закреплены в торцах герметизированной стеклянной колбы Под воздей- ствием магнитного поля, создаваемого катушкой реле, кон- тактные пружины притягиваютси и происходит замыкание цепи. Поскольку контакты находятся в вакууме или атмо- сфере инертного газа, их характеристики лучше, чем у контактен обычных электромагнитных реле. Они обеспе- чивают надежную коммутацию даже очень малых токов при небольших напряжениях, характерных для нплупро- водниковых схем. Подвижная система реле с герконами малоннерционна, и Они очень чувствительны к форме кри- вой тока в катушке. Поэтому, как правило, реле работают от постоянного напряжения пли выпрямленного сглажен- ного напряжения с пульсацией не более 6 %, Малая инерция подвижной системы позволяет получать высокое быстродействие реле с герконами, определяемое практически только скоростью нарастания тока в катушке. Реле РПГ-2 к РПГ-5, получившие наибольшее распростра- нение в устройствах релейной защиты, выпускаемых ЧЭАЗ. имеют конструкцию, показанную ва рис. 2.3. Время их срабатывания не более 1 мс. что приемлемо даже для очень быстродействующих устройств защиты. При этом потреб- ление реле относительно мало. Реле РПГ-2 с одним замы- кающим контактом потребляет 0,15. с двумя—03 и с тре- мя—0,4 Вт. а реле РПГ-5 с одним контактом потребляет 0,25, а сдиумя — 0.4 Вт. Реле РПГ-2 рассчитаны на комму- тацию целей напряжением до 24 В и током до 0,15 А. Онп выполняются только с замыкающими контактами тина КЭМ 2. Реле РПГ 5 коммутируют цепи напряжением 220 В постоянного тока с током до 0,03 А, По условиям изоляция Рнс, 2.3. Конструкция заминающего 105
107
106
точных насыщающихся трансформаторов тока (НТТ) / и 2, действующее значение напряжения на вторичной обмот- ке которых поддерживается примерно на одинаковом уров- не я широком диапазоне изменения тока в первичных об- мотках. Оба НТТ включаются на разные фазные токи, а микродвигатель с помощью контактов пусковых реле под- ключается только к одному нэ НТТ в зависимости от вида КЗ. Для огравичения амплитудных значений напряжений на вторичных обмотках НТТ параллельно им включаются конденсаторы 4 и 5 и резисторы 6 и 7. Прп подаче напряжения на обмотку микродвигателя последний начинает вращаться с частотой, определяемой частотой тока. С помощью редуктора частота вращения снижается до такого значения, чтобы выходной рычаг ме- ханизма, на котором укреплены подвижные контакты реле, двигался в течение примерно 4 о для реле типа РВМ-12и 10 с — для реле типа РВМ-13. В каждом реле имеются два проскальзывающих контакта и одни концевой (8—10}. Абсолютная погрешность по выдержке времени составляет 0,12 с для реле типа РВМ-12 и 0,25 с —для реле типа РВМ-13. Таким обрааон, с помощью электромеханических реле серий ЭВ-100, ЭВ-200 п РВИ-10 можно выполнить боль- шую часть логических операций задержки. Однако эти ре- ле довольно трудоемки в нзготовлеипи и требуют сущест- венного внимания в эксплуатацип, в частности реле серии ЭВ-200 и особенно РВМ-10. Ш! реле постоянного тока типов РП-8 н РП 11 О- *-“| р “» включенными последовательно с блоки- J руюшимп контактами (рис. 2.5). Рабо- о . о чие обмотки не приспособлены к длитель- о->—J 1Ло ной подаче напряжения, и разрыв их не- 0 0 ин, осуществляемый блокирующим кон- х! тактом при управлении реле, препятству- *“ ет этому, Реле работает только при од- ной полярности подаваемых напряжений. После включения одной нэ катушек якорь поворачивается в одном направле- нии, а контакты подготавливают цепь второй катушки к раз- рывают иепь первой. Якорь удерживается в каждом из ус- тойчивых состояний за счет потока постоянного магнита. Потребление рабочих обмоток не более 10 Вт. Для использования в полупроводниковых схемах ЧЭАЗ выпускает двухпознцнонные поляризованные реле с кев- таятами, рассчптаввыми на работу в цепях аккумулятор- ной батареи 220 В. Габариты этого реле, не имеющего соб- ственвого кожухв, примерно такие же. как у реле типа РП-13. Реле имеет две одинаковые обмотки с потреблением около 1 Вт. В схемах сигнализации сложных полупроводниковых зашит в качестве двухпеэнцяонного реле в рцве случаев использовались поляризованные реле-переключатели твое РПС-20 и аналогичные им. Эти реле имеют небольшие раз-
2.5. Двухооэнцнонные реле меры (10X40x30 мм), и при постоянном напряжении до 24 В два переключающих контакта коммутируют токи 2—
Двухпознцнонные электромеханические реле использу- ются в качестве элементов с двумя устойчивыми состоя- ниями, сохраняющимися независимо от наличия или от- сутствия напряжения. Для использования в схемах релей- ной защиты н автоматики ЧЭАЗ выпускает двухпознипои- иые промежуточные реле постоянного тока типов РП-8 и РП-11. Ковтактная система реле (семь размыкающих и семь замыкающих у реле типа РП-8 и одни замыкающий, один размыкающий и два переплючающнх у реле типа РП-11) имеет примерно такие же коммутирующую способ, кость и изоляцию, что я другие промежуточные реле ЧЭАЗ Реле выполнено поляризованным. Поляризующий магнитный поток создается постоянными магнитами, а уп- равляющий — рабочими обмотками постоянного тока. 3 А. Потребление рабочих катушек составляет около 1 Вт. Испытательное напряжение реле типа РПС-20 составляет около 500 В, что недостаточно для устройств, вплючаемых в цепь лодстаициоиной аккумуляторной батареи, 2.6. Логвческве и цифровые ИМС Для выполнения логически» операций а полупроводни- ковых устройствах предназначаются серии логвческнх ИМС, отличающихся технологией изготовления и набором логических элементов [25, 32]. В обозначение логической ИМС входят номер серин, зависящий от технология изго- товления (например. К511, К1ЭЗ, К165 п Т, Д.). Н обозна- чение логических фувиций, выполняемых элементами схе-
108 109
>)
используются базовые логические элементы И—НЕ, кото-
рые позволяют выполнять большинство логических опера-
ций. На примере этих элементов рассмотрим основные
разновидности выполнения логических ИМС.
На рнс. 2.6, а показана схема логического элемента
И—НЕ транзисторно-транзисторной логической (ТТЛ) се-
рии К155 (К155ЛА). В ней используется многоэинттерный
транзистор VTI, представляющий собой иытеграньнын эле-
мент. объединяющий функции диодных логических схем и
транзисторного усилптеля Если на все входы VTI поданы
сигналы X1 = X?=XO=1. т. е. напряжения, близкие к на-
Йяжению питания, то открываются транзисторы VT2 п
'4. а транзистор VT3 запирается Выходной сгпнал У при
этом равен нулю (выходное напряжение мало). Если один
нэ входов VTI не подключен во внешнюю цепь, то это
вапрнжения для питания ОУ н электромеханических реле
[герконов).
Более помехоустойчивой является высокопороговая ТТЛ
серия К511. На ряс. 2 6, б показан элемент И—НЕ
(К511ЛА). При подаче на все входы сигналов V,=%j=
'«=XS—1 транзисторы VTI—VT3. включенные по схеме
вмнттерного повторителя, закрыты Напряжение па базе
транзистора VT4 никогда не может быть выше, чем наи-
больший пэ входных сигналов X, и транзистор VT4 откро-
ется только в том случае, если этот сигнал превысит на-
пряжение стабилизации стабилитрона VD? Поэтому на
лые сигналы помехи не Влияют на работу элемента, что и
обеспечивает его высокую помехоустойчивость При нор-
мальном уровне сигналов X открываются транзисторы V 1'4
и VT6. а транзистор VT5 закрывается При этом К—0, т с,
выходное напряжение мало. Если один из сигналов X ра-
вен нулю, то транзисторы VT4 и ЬТ6 закрыты, а транзис-
тор VT5 открыт, т. е У—1. Изолированный вход может
восприниматься как Х= I.
Напряжение питания для серпи К5Н составляет 15 В.
что совпадает с напряжением, требуемым для питания ОУ,
К недостаткам серпи К511 нужно отнести ее довольно
большое потребление — около 82 мВт на одни элемент
И—НЕ. Время задержки (150—300 нс) вполне допустимо
для схем логики устройств релейной зашиты.
В последние годы широкое распространение получили
ИМС. основанные на влиянии электрического поля на про-
водимость перехода транзистора. Полевые транзисторы,
работающие на этом принципе, выполняются с оксидной
изоляцией, образующей структуру металл — оксид — полу-
Кгдяик (МОП) Интегральные микросхемы на
структурах отличаются малым потреблением (на
уровне нескольких микроватт), относительно высоким
быстродействием, хорошей помехоустойчивостью н доста-
точно большой нагрузочной способностью п позволяют до
биться очень высокой степени интеграции На рис. 2 6, в
показан элемент И—НЕ интегральных микросхем серин
К176. Он выполнен на полевых транзисторах разной про
водимоств (кМОП). При подаче каждого нз входных сиг-
налов открывается одни из транзисторов VTI или VT2, с
р проводимостью п закрывается одни из транзисторов
УГЗ или VT4 с п-проводпмоегью. Поэтому У=0, если
одновременно подаются оба сигнала X|=Y?=1 При от
сутствни хотя бы одного входного сигнала У = 1. Серия
110
.{преобразования входного сигнала I в 0 п наоборот), а
другой — функцию И—НЕ. Используя инверсию, можно
выполнить логическую операцию, когда выходной сигнал
F«=l, если Х, = 0 или Х2=1. Логические ИИС выпускают-
ся с разнообразными ваборами однотипных элементов, на-
пример три трсхвходовых элемента И—НЕ, два четырех-
входовых элемента И—НЕ и т.д Поэтому вх применение
позволяет осуществлять разнообразные сложные схемы
112
113
2.7. Полупроводниковые органы выдержав времени
В настоящее время разработано большое число оргавов
выдержки времени с использованием транзисторов и ИМС
Как уже упоминалось, обшей особенностью всех этих схем
является применение интегрирующих звеньев (н аналого-
вых органах) пли сумматоров (в цифровых схемах). Воз-
можно сочетание обоих этих способов. Рассмотрим основ-
ные схемы органов выдержки времени на примере выпус-
каемых ЧЭАЗ реле РВ-01 н РВ-03 и блоков BOlOO. В0200
и ВОЗОО комплектного устройства защиты типа ЯРЭ-2201.
На рнс. 2.11,о показана упрошенная схема реле РВ-01
на постоянные напряжения 48, 60, НО н 220 В Выдержка
времени реле определяется постоянной времени интегриру-
ющей цепочки R6—Cl. Пуск реле, так же как электромаг-
нитных реле времени, осуществляется подачей напряжении
1/в». Номинальное напряжение реле определяется сопротив-
лением добавочного резистора RI3 (устанавливается изме-
нением входных зажимов). Для того чтобы можно было
подавать напряжевие любой полярности, используется
выпрямительный мост V5. При подаче напряжения осуще-
ствляется быстрый заряд конденсатора С1 через резисто-
ры R1 и R6 до тех пор, пока стабилитрон VD8 не выйдет не
уровень стабилизации (момент времени /| на рнс. 2.11,6).
Дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе С1
нрвводит к запиранию диода VD2. и заряд конденсато-
ра продолжается только через резистор R6, который
в определяет выдержку времени. Транзистор VTi откры-
вается в момент времени, когда потенциал точки А стано-
вится больше лотеникала точки Б (рис. 2 11,6). Потен-
циал точка Б может регулироваться для подстройки па-
раметров реле, а напряжение на резисторе R7 с момен-
та времени Л поддерживается неизменным благодаря ста
бнлитрову VD9 После того как начинается открывание
транзистора VTi, лавинообразно открываются все три
транзистора VTI, VT2 и VT3 и срабатывает выходное реле
K.L типа РП-13. Балластвый резистор RH выбирается
только из расчета питания полупроводниковой части за-
шиты без выходного реле, а для надежной работы послед-
него используется заряд конденсатора СЗ. который осуще-
ствляется через резистор R10, имеющий сопротивление, в
4 раза меньшее, чем RII. Время заряда конденсатора СЗ
выбирается таким образом, чтобы заряд закончился до
того, как при минимальной выдержке времени будет рабо-
тать реле K.L. Возврат реле времени происходит при сия-
тип напряжения U,,. Для обеспечения быстрой готовности
к повторному действию в реле предусмотрена схема прину-
дительного разряда конденсаторов Cl и СЗ. Ока вылплве-
на с помощью транзистора VT4. В нормпльнОм режиме он
заперт благодаря падению напряжения на диоде VD7. При
снятии напряжения транзистор VT4 открывается током
через резистор R9 п конденсатор С2 разряжается через ре-
актор R2, а коияенсатор СЗ — через резистор R8,
Реле РВ-01 выпускается на четыре диапазона выдержек
та реле постоянного напряжения 0,04—0,06, а время готов-
вости к следующему действию 0,06—0,1 с. Потребление
реле 2,5—10 Вт в зависимости от номинального напряже-
вня Коммутационная способность контактов в цели посто-
янного тока 30. а переменного 250 Вт, а наибольший ток
замыкания 20 А. Реле РВ-01 имеют ряд преимуществ пе-
ред аналогичными электромеханическими реле серин
ЭВ-100. Они имеют меньшую потребляемую мощность, в
вих отсутствует сложная механика, реле впбростойкн, а
точность их в целом выше, чем у электромеханических
реле. Однако они не имеют проскальзывающего и мгновен-
Рис. 2 12. Схема реле РВ-03
<п) и диаграмма напряжений
туре («)
мени с независимый регулированием уставок к один эле-
мент без выдержки времени Упрощенная схема реле
показана яа рис 2.12, а При подаче напряжения па вход-
ной трансформатор TVL срабатывают все три реле KL1—
KL3. Катушка поляризованного двухпознционного реде
KL1 (KL2) включена через резистор RtO и размыкающий
118
ние на нем достигнет значения напряжении на конденсато-
ре С2 (рис. 2 12, б), открываются нее три транзистора Vft,
VT2 и VT3. При этом конденсатор С4 разряжается на ка-
тушку реде KL1 через резисторы R8 и R9 и диод VD5.
Направление тока катушки имеет обратный знак, и реле
KL4 возвращается i > исходное фиксированное положение в
ннтных злементон из-за длительного приложения перемен-
ного напряжения, отсутствие часового механизма.
Органы выдержки времени для устройства ЯРЭ-2201,
так же как и остальные блоки этого устройства, выполне-
ны в виде съемных модулей, причем пптанпе /юдупровод-
кнковой схемы осуществляется ог общего блока питания
всего устройства, а выходные сигналы поступают только в
119
тельно, его более падежное действие. Прн снятии входного
Сигнала транзистор VT2 открывается, конденсатор СЗ раз-
ряжается через резистор R3 и орган выдержки времени
возвращается, Предусмотрена возможность блокировки
Органа выдержки времени путем подачи сигнала 1 (4-15В)
1|П базу транзистора VT2. При этом орган выдержки не
работает или возвращается даже при наличии входного
сигнала.
' В устройстве ЯРЭ-2201 предусмотрены блоки серин К.
• которых имеется один орган выдержки времени, ахало-
гвчный описанному выше, и один измерительный орган
{тока, напряжения).
На выдержки времени до 200 с выпускаются блоки
20310. Упрощенная принципиальная схема блока показа-
ла на рнс. 2.14, Блок состоит из генератора импульсов, ча-
другие блоки устройства [32]. Блоки серии BOIOO содер-
жат два органа, а блоки серии ВО200 — один орган вы-
держки времени на диапазоны 0,05 — 3,2; 0,1—б,4;0,2 —
12,8 с. Упрощенная схема органов выдержки времени по-
казана на рнс. 2.13. Времязадающим элементом является
интегратор на конденсаторе СЗ, заряжаемом от источника
тока, образованного транзистором VTt. ток коллектора
которого близок к току эмиттера. Последний определяется
напряжением на резисторе R6 я сопротивлением резистора
R4, представляющего собой цепочку прецизионных резис-
торов, шунтируемых с помощью переключателей. При от-
сутствии входного сигнала (0) транзистор VT2 открыт я
весь ток проходит по нему При подаче входного сигнала
(1) транзистор VT2 запирается и начинается заряд кон-
денсатора СЗ тем более быстрый, чем меньше сопротивле-
ние резистора R4. Компаратором служит операционный
усилитель А. Напряжение на его инверсном входе явля-
ется пороговым и задается резисторами R6, R7, R8 и Ril.
Когда напряжение на конденсаторе СЗ достигнет порогово-
го. напряжение ва входе ОУ изменится от уровня, близ-
кого к нулю, до уровня, близкого к -|-15 В (напряжение
питания ОУ вместо ±15 В задается 0 и +15 В для удобст.
ва согласования с логическими ИМС). При этом открыва-
ется транзистор VT3 н срабатывает выходное герконовое
реле РПГ-2, Резистор обратной связи RH обеспечивает
снижение напряжения на инверсном входе ОУ и, следова-
120
121
122
123
несколько независимых выдержек времени, если использо-
вать несколько переключателей и соответствующие схе-
мы И.
В электромеханических устройствах защиты сигнальны-
ми элементами, фиксирующими факт срабатииання защи-
ты или ее отдельных органов, являются указательные реле
(РУ), В современных полупроводниковых устройствах
электромеханические РУ устанавливаются, как правило,
только во внешних цепях, а сигнализация работы отдель-
ных органов осуществляется обычно с помощью светодио-
дов, В ряде устройств в качестве сигнальных элементов
используются тиратроны с холодным катодом,
Указательные реле могут включаться как последова-
тельно, так и параллельно элементу, на который воздей-
ствует защита или ее орган. При параллельном включении
РУ контролирует правильность функционирования защиты,
а при последовательном, кроме того, — исправность цепи
контролируемого элемента. Основным требованием к РУ
является сохранение информации о факте срабатывании
после снятия сигнала. Желательно, чтобы в дополнение к
визуальному сигналу обеспечивалось и замыкание, и (или)
размыкание контактов РУ.
Наиболее распространенными являются РУ, выпускае-
мые ЧЭАЗ. Электромагнитные реле постоянного тока
РУ 21 [3] выполняются на широкий диапазон токов и на-
пряжений, позволяющий использовать эти реле и как По-
следовательные, и как параллельные. Якорь электромаг-
нита реле клапанного типа удерживает зуб защелки бара-
бана, на котором укреплены указательный диск с грузом
и контактный мостик. При срабатывании реле барабан
освобождается, происходит его поворот и появляются час-
ти диска, окрашенные в белый цвет (визуальный сигнал).
При повороте также действуют два замыкающих контак-
та РУ. Для ручного возврата барабана в исходное положе-
ние на кожухе реле предусмотрено специальное устройство.
Потребление токовых реле РУ-21 около 0,25 Вт при но-
минальном токе, а реле, включаемых в цеди напря-
жения,— около 1,5—2 Вт при номинальном напряжении
Время срабатывания реле не менее 50 мс Дли сложных
устройств защиты выпускаются блоки БРУ-4, состоящие из
|24
четырех независимых реле РУ-21, помещенных в общий
кожух.
. На ЧЭАЗ выпускается также устройство ЭС-41, состоя-
щее из четырех указательных элементов, действующих не-
зависимо друг от друга Каждый из элементов выполнен
Й электромагнитной системе клапанного типа и контактов
имеет Флажок-указатель выпадает при срабатывании
£еле и возвращается вручную общим дня всего устройства
возвращающим механизмом Диапазон номинальных токов
каждого пэ элементов от 0.01 до 1 А, потребляемая мощ-
ность при номинальном токе примерно 0,25 Вт, а время
срабатывания 50 мс.
Киевский завод реле п автоматики выпускает электро-
Иеханичсскне реле РУ-1 постоянного и переменного тока и
его модификацию—реле РЭУ-11, несколько отличающее-
ся конструктивно. Потребляемая мощность реле на посто-
явном токе и время действия такие же. как у реле РУ-21.
На переменном токе потребляемая мощность около 5 В-А
у реле, предназначенных для включения в цепи напряже-
ния, н 2 В-A у токовых реле. Размер реле РУ-1 несколько
меньший, чем у реле РУ-21.
В сложных полупроводниковых устройствах зашиты
сигнализация в отдельных блоках выполняется с помощью
светодиодов. Эти полупроводниковые приборы излучают
свет при подаче Прямого напряжения Световая мощность
может достигать нескольких милливатт. Наибольшее рас-
пространение в настоящее время получили светодиоды
АЛ307 со свечением красным светом. Они могут включать-
ся на напряжение 15 В через резисторы сопротивлением
около 1,6 кОм, т е, потребляют от источника питания мощ-
ность около 0,15 Вт, соизмеримую с мощностью реле с маг-
Игтоуправляемымп контактами В ряде случаев светодио-
ды включаются последовательно с катушкой такого реле и
тем самым выполняют роль индикатора его срабатывания.
Сопротивление реле выполняет роль добавочного резисто-
ла, Светодиод АЛ307 имеет диаметр 6 и длину (без вы-
водов) 7 мм и монтируется на блоке таким образом, что
$го свечение хорошо заметно Так как после снятия вход-
Е сигнала светодиод гаснет, то в тех случаях, когда
лнзацня должна сохраниться, необходимо включать
диоды на триггеры с двумя устойчивыми состояниями
* предусматривать кнопку сброса триггера в исходное
соегокние При этом нужно считаться с тем, что при крат-
ковременном смятии питания информации будет потеряна.
125
2.9. Электромагниты управления
ограничить потребляемую мощность электромагнитов
тыванпи на электромагниты управления выключателей,
отделителей и короткозамыкателей В сетях 6—35 кВ ос-
новные приводы коммутационных аппаратов механические
или электромагнитные Механические приводы рассчитаем
на использование энергии заведенных пружин или груза
для включения коммутационного аппарата Такие преноды
обычно применяются с относительно маломощными вы-
ключателями. В электромагнитных приводах включение
производится при помощи мощных электромагнитов В том
и другом случае отключение выключателя (отделителя)
пли включение короткозамыкателя выполняется при по-
мощи пружин, освобождаемых при ударе бойка электро-
магнита по защелке или системе рычагов, удерживающих
пружины во взведенном состояния. Электромагниты управ-
ления механических приводов имеют относительно неболь-
шую потребляемую мощность и выполняются для работа
либо па постоянном, .либо иа переиеахом- оперативном
токе Потреблеем-ая мощность электромагнитных приводов
значительно больше, и они рассчитаны только на питание
от источника постоянного или выпрямленного оперативного
Электромагниты управления, на которые действуют
устройства релейной защиты, должны срабатывать при
подаче напряжения, составляющего 0,65 номинального.
Потребляемая мощность электромагнитов управления при
номинальном напряжении составляет для механическая
приводов около 20-—30 Вт на постоянном пли выпрямлен
ном напряжении п около 70—109 В А на переменном на-
пряжении. Потребляемая мощность электромагнитов
до 980 Вт в зависимости от типа привода.
126
127
Рж. 21В Схема уарамьвня тиристорами в цепях элехтромагнмов от-
ключения выключателей
пряжений В распределительных сетях такое быстродейст
вне может потребоваться только для защит, осуществляю-
щих опережающее деление сети в случаях, когда уровень
токов КЗ превышает допустимый для выключателей по-
врежденного присоединения.
Одна на возможных схем тиристорного отключения, предложениаа
Е В Лысенко («Эгергосетьпроектз), приведена на рнс. 2 16 Для от-
внраввя тиристора требуется кратковременный пмпульс о напряжением
нает мощность более 100—150 Вт, и его практически >к
энергия, накопленная в конденсаторе СЗ заряжаемом в нормальном
бвтыванвч быстродействующего реле KL с магннтоуаравляемымп кон-
тактами, например тина РПГ-5, иэоляпиа которого допускает исполь-
зование реле в. цепях 220 В Для быстрой готовности схемы ерв пере-
рывах питание предусмотрен конденсатор СЗ, валвяве которого резко
увеличивает зарядный ток при нодаче нанряжеивя 220 В, м-аа вояден*
свтор в этот момент разряжен Быстрый разряд конденсатора СЗ при
неяезноненнв напряжения осуществляется через двод VD4 в резисто-
ры R5 и R6 Поскольку тиристоры могут открываться из-за помех а
ценах внтааня и управление. в схеме предусмотрены номехоиолааляю-
щве элементы Rt, Cl п R3
Источником Пптампя схемы управления может являться инвертор
блока нитяная полупроводниковых устройств зашиты (си § Ч В). Пе
ременное напряжение инвертора трансформируется, что обеснечввает
ляется и подается на управляющие электроды тиристора Некоторым
недостатком такого метота является дополнительная нагрузке на тран-
зисторный преобразователь
128
2.10. Особенности выполнения устройств на ИМС
н транзисторах
Полупроводниковая часть устройств релейной зашиты
к автоматики выполняется на печатных платах, что зна-
чительно уменьшает габариты устройств и снижает трудо-
затраты На их изготовление. Для проверки исправности
схемы выводится контрольные точка, измерение напряже-
ния на которых позволяет оценить работоспособность схе-
мы или выявить поврежденные элементы. Печатная плата
является, таким образом, основной монтажной единицей
полупроводниковой части устройства защиты. В то же вре-
мя входные преобразователи тока и напряжения остаются
прннцнниально такими же, как в детекторных устройствах,
а выполнение выходных и сигнальных цепей относительно
мало зависит от элементной базы.
Отдельные реле с применением транзисторов и ИМС
выпускаются в такпх же кожухах, что и электромеханичес-
кие реле. На ЧЭАЗ для этой цели разработана новая уни-
фицированная система цоколей и оболочек реле защиты и
автоматике «Сура», приспособленная для переднего или
заднего присоединения внешних проводников. Кожухи сис-
темы имеют одинаковую высоту |52 мм, а ширина цоколя
зависит от номера габарита. Для полупроводниковых реле
используются два первых габарита с шириной 66 и 132 мм.
Высота реле всех габаритов 182 мн. В реле такого испол-
нения (типов РВ-01, РВ-03, РМ-11, РМ-12 и др.) питание
полупроводияиовых схем организуется с помощью даднте-
лей постоянного напряжения н стабилитронов, а при отно-
сительно большом числе ИМС дополнительно используются
компенсационные стабилизаторы напряжения (см. гл. 4).
Если число связей с печатными платами мало, а их коли-
чество в реле не превышает одного-двух, то платы могут
жестко закрепляться иа цоколе Если таких связей много,
то плата соединяется с внешней схемой с помощью раэъ-
В сложных или комплектных устройствах зашиты и
автоматики доля печатных плат резко возрастает, так как
количество входных преобразователей, выходных н сиг-
нальных органов увеличивается относительно мало Поэто-
му конструкция этих устройств резко отличается от трнди-
ционной для релейной защиты Кек правило, это модуль-
ная конструкция, в которой устанавливаются отдельные
блоки с помощью разъемов Монтаж всего устройства осу-
9—669 129
130
могут достигать десятка киловольт, а после провождения
волны по контрольному кабелю до релейных панелей амп-
литуда хотя п уменьшается в несколько раз, но остается
значительной Крутые фронты напряжений возникают и
прн разрыве цепей электромагнитов постоянного тока, на-
пример электромагнитов управления выключателями. По
скольку времена пробега волн в цепях оператввного тока
очень малы, длительность импульсов перенапряжения из-
меряются микросекундами
Таким образом, кратковременные перенапряжения МО
гут появляться но всех Цепях, к которым подключаются
Полупроводниковые устройства Периодические перенапря-
элементов схемы, но и отказы функционирования защиты,
поскольку из за очень малой каерцпонности транзисторов
И ИМС устройства с их использованием подвержены влия-
нию кратковременных помех. Все это необходимо учиты-
вать при проектировании иолупроводяпковой аппаратуры.
Согласно рекомендациям Международной электротех-
нической комиссии (МЭИ). иолупроводаииовые устройства
релейной защиты и автоматики ори типовых испытаниях
Должны подвергаться воздействию ноиея и перенапряже-
ний с заданными амплитудой и формой.
Все устройства на транзисторной жди чахреалектроп
ной элементной базе разделевы ыв три иласса, прачек яив-
более жесткие требовення предъявляются к 1П классу —
устройствам, у которыд цепи питания подключаются к вод-
станииоиней аккумуляторной батарее, а цепи переменного
тока и напряжения подсоединены к ТТ и TH дливнжии
кабелями без экранирующей оолеткя. К этому классу
относится большинство устройств релейной зашиты и авто-
Методяка предусматривает два типа испытаний llejsoe
iq ння заключается в подаче на испытуемые устройства
трех положительных и трех отршгательных импульсов с
длительностью фронта около 1,2 мкс п общей длительно-
стью около 50 мкс (рнс. 2.17, а). Интервал между подачей
импульсов составляет 5—10 с Для устройств 111 класса
амплитуда сигнала Должна равняться 5 кВ Имкульсы
прикладываются между всеми входными зажимами, соеди-
ненными вместе, и землей, между всеми независимыми це-
пями и между входными зажимами каждой пеня Внутрен
Пее сопротивление генератора импульсов должно равнять-
ся 500 Ом. Второе испытание заключается в подаче
131
132
2,5 кВ. Схема испытаний поперечным методом привалена
на рис, 2.17, г, Амплитуда огибающей иия устройств 111
класса должна равняться 1 кВ. Внутреннее сопротивление
генератора ВЧ сигналов составляет 200 Ом.
Проверка изоляции элементов полупроводниковых уст-
ройств, гальванически связанных с цепями ТТ и TH, и ис-
точника оперативного тока подстанции осуществляется так
же, как и дня электромеханическая устройств. Проверку
изоляции полупроводниковой части защиты проводят с по-
мощью мегаомметра напряжением 100 В.
Глава третья
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
3.1. Область применения
Устройства релейной защиты распределительных сетей
напряжением выше 1 кВ включаются (за исключением пер-
вичных реле) через измерительные преобразователи тока и
напряжения. Наиболее распространенным видом преобра-
зователей являются ТТ а TH. В ТТ, как правило, предус-
матриваются два и более магвитопроводов с общей первич-
ной обмоткой. Поэтому ТТ — это обычно несколько гальвв-
ннческп не связанных между собой источников тока, име-
ющих одинаковые коэффициенты трансформации, но в
общем случае различные характеристик». Для целей релей-
ной защиты используются магнитопроводы с большим сече-
ньем стали с тем, чтобы ТТ работал с погрешностями, не
превышающими допускаемые, при больших кратностях то-
ка КЗ (класс Р) Для намерения используются магнито-
проводы с меньшим сечением, так как их назначением яв-
ляется точная трансформация (обычно класс точности 0,5)
только в диапазоне токов от 0,25 до 1,25 номинального
Ма-иитопроводы класса Р могут использоваться не только
для включения ИО защиты, но и дня питания оперативных
цепей в схемах релейной защиты на переменном и выпрям-
Трансформатор напряжения имеет одну пли две вторич-
ные обмотки, причем одна из них псиользуется для из-
мерения и релейной защиты, а вторая предусматриваете
при необходимости создания фильтра напряжения нулевой
последовательности.
133
В тех случаях, копа измерительные преобразователи не
требуются для измерения, например в местах разветвления
многокониевых ВЛ 6 и 10 кВ, вместо ТТ и TH высокого на-
пряжения находят применение более простые преобразова-
тели, имеющие меньшие точность н мощность, ко сущест-
венно более дешевые
3.2. Установившийся режим трансформатора тона
Трансформаторы тока [23] работают в режиме, близком
к режиму КЗ вторичной обмотки, когда МДС вторичной
обмотки близка и МДС первичной обмотки. У идеального
ТТ, т.е. ТТ с магнитопроводом, имеющим бесконечно боль-
шую магнитную проницаемость стали, МДС первичной и
вторичной обмоток равны /|И11=/2ш2 или /а—
=liK<, где 1, и /2— первичный и вторичный токи; Ш; и
ш2— число витков первичной и вторичной обмоток; К,—
коэффициент трансформации, который в идеальном ТТ
всегда равен отношганню ч>з/и>1. В реальных ТТ магнитная
проницаемость стали магвитопроаодов конечна н нелиней-
на. Она относительно невелниа при малых иадунипях, на-
8астает До наибольшего значения при нндукНивх 0,5—
,7 Тл н резко падает прн насыщении, которое становится
ощутимым при индукциях 1,7—1.8 Тл. При анализе ТТ
обычно пользуются схемами замещения, которые выонра-
ются с таким расчетом, чтобы каждый элемент схемы соот-
ветствовал магнитным потокам ТТ и потерям в магнитэпро-
воде н обмотках Наиболее распространена простейшая
Г-обраэнан схема замещения (рнс. 3.1, л), приведенная к сто-
роне вторичной обмотки (/| =—/|Сч'1/И'а). Индуктивное соп-
ротивление Аи соответствует потоку в стальном магнито-
проводе, причем предполагается, что индукция одипакова
на всех участках ыагнитопроводв. Сопротивление Ro соот-
ветствует потерям в стали магиитонронода, а сопротивле-
ние Xj, — потоку рассеяния, создаваемому вторичной об-
моткой ТТ. Сопротивление первичной обмотки, в том числе
и сопротивление рассеяния, иа учитывается, поскольку ТТ
питается от источника тока с ириведенным внутренним со-
Яотнэленнем, существенно большим, чем сопротивление
. Схема замещения, показанная на рис. 3.1,о, соответ-
ствует теория Роговского, и результаты анализа с ее ис-
пользованием хорошо совпадают с опытными двнными при
Л'цЗ’Хг,. Поэтому практически все расчеты ТТ, работаю-
J Зв
135
индукции, то #i>—U‘/(PoG). Если в первом приближении
считать, что потери в стали растут пропорционально квад-
рату индукции (что несколько завышено), то Яо в отлвчпе
от Ха линейно. При отсутствпи измерительной обмотки со-
иротниленде Хи можно определить из опыта холостого хода
при подаче синусоидального напряжения и разомкнутой
первичной обмотке. так как XU3>Z2
По схеме замещения, показанной ня рнс. 3.1, а, можно
проводить расчет погрешностей ТТ в предположении, что
все токи синусоидальны (метод эквивалентных синусоид).
В действительности Лц нелинейно и поэтому токи ф и it
имеют искаженную форму кривой. Однако действующие
значения токов н нх нервах гармоник относительно мало
отличаются друг от друга при /и^О.1 /2, и поэтому для
каждого расчетного случая ли учитывается как линейное,
хотя и разное для разных значений Щ.
При расчете ТТ можно пользоваться либо вольт-ампер-
ной характеристикой холостого хода l/s=f(/2) при раэомк.
нутой первичной обмотке, либо характеристикой намагни-
чивания стали Bm=f(//). Расчет ведется в предположении,
что известен вторичный ток [г- Тогда в схеме замещения
t/2 = /a(ZH-|-Zs), а угол ф между U и h определяется углом
результирующего сопротивления Z»+Zs (рис. 3.1,6). По ха.
рактеристике холостого хода определяется Г, а Г — по
Ut и Яо. Угол между У2 " /» близок к 90°, причем угол у
(рис. 3 1,6) тем меньше, чем меньше потери в стали. При-
веденный первичный ток: Если пользоваться
характеристикой то по рассчитанному U, опре-
деляют B„,=U2/(4,44stB2f), где s —сечение стали магии-
топровода, а затем по кривой находят Я п /„-—Я1/ш2, где
I — длина средней спловой линии магнятопровода Вторич-
ный ток в реальном ТТ не равен h —а отличается
От него из-за наличия тока намагничивании /и, Если счи-
тать номинальный коэффициент трансформации ТТ равным
то но векторной диаграмме рис 3 1,6 можно опре-
делить полную, токовую п угловую погрешности ТТ. Полная
(геометрическая) погрешность ТТ ори синусоидальных то-
ках равна отношению модуля разности /^ = /J—/а к моду.
Токовая (арифметическая) погрешность ТТ равна отно-
136
-'шеяию разности модулей |1]|—|12| к модулю
Угловая погрешность б —это угол между векторами/’
.в /2. Прн малых б (до 7—8°) /2 с точностью до I % равен
Zjcos6 п рассмотрение треугольников асО и аЪс на
рис 3 1,6 позволяет найти соотношение между е, п б, Так
как /1 = (1—/,)/!. то
e = arctg[/e’-^/(l-/,)]. (33)
Наименьшая угловая погрешность будет при совпадения
Фаз2г 1 "2»- В этом случае е=)( и 6=0. При результиру-
ющем угле нагрузки —у (ток опережает напряжение Ьг)
угол между 1г и /в равен 90°, /,«б и 6=arclga. При ем-
жостном характере нагрузки погрешность становится по-
ложительной |/2|>|/,|, а 6 уменьшается.
Дли всех ТТ, используемых в схемах релейной защиты,
даются кривые предельных кратностей где
Ain —кратность тока ТТ по отношению к номинальному то-
ку, при которой полная погрешность ТТ не превышает 10 %,
a ZB —расчетное сопротивление нагрузки ТТ прн oMqr.-=
Работа ТТ с погрешностью не более 10 % необходима
для правильного функционирования устройств релейной за-
шиты при срабатывании п в точках согласования зависи-
мых от тока характеристик защит на смежных участках
сети. При очень больших первичных токах, например при
КЗ на маломощных присоединениях, отходящих от шип уз-
ловых подстанций, вторичные токи ТТ хотя и увеличива-
ется, ноформа клкрнвой в связи с глубоким насыщением
агнитопроводов резко искажается. Это может привес-
ти к вибрации контактов электромеханических реле и ис-
кажению характеристик статических реле. Г образная схе-
ма замещения в принципе может быть использована и для
анализа ТТ н режиме глубокого насыщения, однако пред,
етавленпе о трех независимых потоках —двух потоках рас-
сеяния, связанных толькоссоответствующнмп обмотками, и
Ишем потоке обеих обмоток—может привести к заметной
Ьогрешностп, если индуктивность X,, в схеме замещения со-
ставляет существенную долю общего сопротивления вторич-
кой цепи. При анализе силовых трансформаторов, у которых
втдельные участки магнитопровода находится в суще-
137
Анализ поведения ТТ в режиме глубокого насыщения
удобно вести в предположении, что форма характеристики
намагничивания прямоугольная
(метод ПХН), т.е. до наступле-
ния индукции насыщения диффе-
ренциальная магнитная проницае-
мость стали бесконечна, а после
насыщения равна нулю (рис.
3.3, а) [23). Это равносильно за-
мене поперечных индуктивностей
схем замещения ключами, равом-
нвсыщаетсн одновременно ио всей
,дайне. При П-образной схеме за-
мещения учитывается, что индук-
ция в неохваченной обмоткой ча-
стя магнитопровода выше и, сле-
138
139
довательио, насыщаться будет только она, шунтируя в П- образной схеме замещения ветвь Ьщ, т е. ключ, имитиру- ющий индуктивность всегда разомкнут. Поэтому П-об- разяая схема замещения при глубоком насыщения практи- чески превращается в Г-образную, но с параметрами, отли- чающимися от параметров Г-образной схемы, показанной на рнс. 3 1,<т. Чем менее ранномерно распределена вторич- ная обмотка по магнптопроводу, тем больше разнила в ре- зультатах расчета по обеим схемам. Индукция насыщения В, в соответствии с [8[ выбира- ется следующим образом: 1,2—1,6 Тл для горячекатаных и 1,5—1,8 Тл для холоднокатаных сталей, причем меньшие значения берутся для шихтованных, а большие — для лен- точных магнитопроводов. Метод ПХН дает хорошие резуль- таты при расчете погрешностей ТТ, превышающих 15— 20 % Потери в магнитопроводе при глубоком насыщении практически не сказываются на результатах расчета н по- этому не учитываются В соответствии с методом ПХН при индукциях, меньших индукции насыщения, ТГ может рас- сматриваться как идеальный, т. е, вторичный его ток ‘а ра- вен приведенному первичному. Напряжение на нагрузке в этом режиме может быть найдено, как и в обычных цепях переменного зона. Оно имеет такую же форму, как н перничный ток, п сдвинуто относительно последнего на угол, определяемый результи- рующим сопротивлением вторичной цепи. При этом индук- ция в матиитопроводе будет измениться пропорционально ллошади, ограниченной кривой напряжения. Как только эта площадь в определенный момент времени станет соответст- вовать значению нндукцпи насыщения В,, наступит второй режим работы ТТ—режим насышенпя. В этом режиме ветвь намагничивания ТТ может рассмат- риваться как короткозамкнутая, так как ток в ней не вызы- вает измененья индукции в магнитопроводе, а следователь- но, и напряжение ня ветви намагничивания обращается в нуль Следовательно, весь первичный ток в насыщенном ТГ проходит через ветвь намагничиваипя. Во вторичной цепп ток определяется только ее пара- метрвми. При активно-нндуктпнной нагрузке, например, вторичный ток при насыщенном магннтопроводе ТТ будет затухать по экспоненциальной кривой № ft —момент времени, когда наступило насыщение маг- чштопровода; — вторичный ток в этот момент време- лн; т — постоянная времени вторичной цели, г В тот момент, когда приведенный первичный ток станет «нова равным вторичному, т е, ток намагничивания станет равным нулю, происходит обратный переход нэ режима на- Кышения в режим идеального ТТ, Дли примера на рпс. 3 3, б показаны кривые изменения арнведениого первичного п вторичного токов, тока намаг- внчнвания, вторичного напряжения и индукции в магнито- лрозоде ТТ, имеющем прямоугольную характеристику на- магничивания для случая активно-индуктивной результиру- ющей нагрузки вторичной цепи. Анализируя значение п форму кривой вторичного тока, определенного по методике, описанной выше, можно найти первичный ток, при котором токовая погрешность достигнет расчетного значения. ‘З.Э. Трансформаторы тока в режиме повышенной нагрузки Характерной особенностью ТТ в некоторых схемах ре- лейной зашиты является нх использование в качестве ис- точника питания логических и исполнительных органов. В этом случае важным параметром ТТ является его макси- мальная отдаваемая мощность. жанвгнвчпвання ip, то ток намагничивания /й. равный по модулю току /а, составит Л,- б/РсмО,5(|р->р)Ь По току Гр определяется навряженность поля tf—lpsej//, по ха- рактеристике наиагкичнванпя — индукция Впг соответствующая пай- денному Я, а затем мощность каиап1кчввання 5р. равная ори вашем Допущении максимальной отдаваемой мошчости = Ua Гл = <.ЧВт Ни/,
‘г = i2lls,e_"“'-1" • Где a а I — сеченае и средний длина силовой линии магватопровода ТТ.
ИО Н1
Расчеты показали, что мзхсамадьная огойааевзя мощность боль
шннства отечественных ТТ достигает значений 0,4— 0,5 кВ А уже прп
вомняалвном томе
жег приводить к появлению на его вторичное обмотке овасямх для
пой обиОткн разомкнута, перенапряжения могут иметь место уже при
Исследования показали, что прп разомкнутой вторичное обмотка,
а также при чисто активно!) нагрузке амплитуда напряжение на вто-
ричной обмотке
= 1.4 Г
еле /' —амплитуда приведенного первичного тока; ffo — соПротивле*
нагружен; 5. — индукция насиптеиич (около 2 Тл для электротехниче-
ской стали)
Сопротивления схемы замещения, соответствующие аотерям ва
Яо = 12рш] 3/(5' Г).
тле р_удельное еопоотпвлеяае стали, 5—толщина нлаеган стали
3.4. Выбор трансформаторов тока
В соответствии с [2] ТТ, предназначенные для целей ре-
лейной защиты, должны удовлетворять трем основным Тре-
бованиям
| Должны обеспечниаться точная работа ИО органов
защиты прн КЭ в зоне ее действия п отсутствие излишних
срабатываний дифференциальных эащпт, а также фильтро-
вых зашит обратной и нулевой последовательностей прн
внешних КЗ
2 . Должна обеспечиваться надежная работа ИО при
близких КЗ, когда форма кривой вторичного гока ТТ мо-
жет искажаться за счет глубокого насыщения слала наг-
шгтопрояодов ТТ
3 При близких КЗ не должны появляться недопустимые
перенапряжения на вторичных обмотках ТТ
Как правило, первое требование считается выполненным,
если полная нап токовая погрешность не превышает J0 %,
142
ределения
Белее высокие погрешности допу-
скаются при наличии торможе
ния, например, в дифференпналь
ных защитах или пусковых орга-
нах некоторых защит При ис-
пользовании нелинейного тормо-
женел (см. § 1.17), т. е отсутствия торможения при токах
меньше номинального, желательно, чтобы погрешность ТТ
ег воеможность повысить чувствительность ИО дифферен-
циальных н фильтровых защит с аелпнейныы торможением.
Перенапряжения на вторичных обмотках ТТ возникают
В устройствах релейной защиты на переменном ахи выпрям-
ленном оперативном токе (см гл. 4). где сопротивления на-
грузки значительно больше, чем н схемах зашиты ка посто-
янном оперативном токе. Однако опасные перенапряжения
могут возникнуть на вторичных обмотках ТТ с номиналь-
ным током I А, если кагрузка на ТТ близка к иомпяеньиой.
Пл с оценка точности работы ТТ при КЗ обычно исполь-
зуются кривые предельных кратностей токов *io=f(Zn)>
При которых полная погрешность не превышает 10%. Эти
крешые строятся на основании расчетов и проверяются при
типовых испытаниях ТТ.
Для оценки искажения формы кривой вторичного тока
ТТ при максимальных кратностях тока КЗ в [в[ предлага-
ется принимать во внимание значение погрешности ТГ в
втом режиме. Такой подход является наиболее простым и
достаточно точным. Погрешность метода может привести
только к дополнительному запасу по надежности расчета.
На рис 3.4 показана зависимость расчетной токовой но
грешности ТТ А от коэффициента А, являющегося отноше-
нием максимального тока КЗ к току, соответствующему ра-
боте ТТ с погрешностью 10% Имея кривые
lu=f(ZH) и зная А, можно найти погрешность ТТ
прп наибольшем токе КЗ. Практически нее выпускаемые в
настоящее время электромеханические и полупроноднако-
вые реле рассчитаны на надежную работу при погрешностях
ТТ менее 50%. Лишь некоторые реле старых выпусков Де
могут использоваться при таких погрешностях (допустимая
погрешность ТТ указана в скобках); ЭТ-580 (13%), РБМ
143
выпуска до 1970 г. (10%), РБМ выпуска после 1970 г.
(20___30 %). Однако и в тех случаях, когда ИО мало под-
вержены влиянию искаженной формы кривой тока ТТ (на-
пример, реле серия РТ-80), следует избегать работы при по-
грешностях ТТ более 50—60 %. поскольку в этой области
сама методика расчета погрешностей недостаточно досто-
верна, н высшие гармоники тока п напряжения являются
дополнительными источниками помех. В установившемся
режиме в дифференциальных токовых защитах шин работа
JT а режиме очень глубокого насыщения с погрешностями
более 50 % практически неизбежна, если внешнее КЗ про
изойдет на присоединении с малым номинальным током
Обычно ТТ работают н группе п их вторичные токи час-
тично пли полностью проходят по общей нагрузке В Этих
случаях прп расчете сопротивления нагрузки на каждый ТТ
необходимо учитывать влияние других ТТ. Для примера
рассмотрим расчетные сопротивления нагрузки на ТТ фа-
зы А (рис. З.Ъ. а) при различных видах КЗ на защищае-
мом присоединении При этом будем считать, что погрешно
сти ТТ пренебрежимо малы. При трелфазном K3ZB=Zx +
4-K3Z0, причем для простоты углы напряжений на 2Л и
Zo принимаются одинаковыми, что дает существенен!! за-
пас по точности расчета. При двухфазном КЗ на фазах АС
Z, = ZA, а при двухфазном КЗ на фазах АВ, так же как
при однофазном КЗ, Zk=Za-1-Z01 При двухфазных КЗ эа
трансформатором со схемой соединения звезда— треуголь-
ник токи в фазах А н С могут быть одинаковы по модулю
п фазе Тогда ZB=ZA-|-2Zo Аненогично могут быть найде-
ны расчетные сопротивления нагрузки и при других схемах
соединения ТТ [9, 39].
3.5. Магнитные трансформаторы тока
В обычных электромагнитных ТТ первичная и вторич-
ная обмотки расположены на одном и том же магнитопро-
воде Наличие первичной обмотки высокого напряжения
требует обеспечения ее изоляции от заземляемых элемеи
тов ТТ и вторичной обмотки. Поэтому стоимость ТТ опре-
деляется в основном требуемым уровнем изоляции. Чем вы
ше номиаальное напряжение сети, в которой установлен
ТТ, тем выше его стоомость В сетях напряжением до 30 кВ
современные ТТ имеют литую изоляцию и приспособлены
для устаиовкп только в закрытых помещениях (ТТ типа
ТПЛ, ТПОЛ, н ТПШЛ). В сетях напряжением 35—220 нВ
ТТ выполняются с масляной изоляцией (ТТ типа ТФН).
Исключение составляют ТТ на элегазовых подстанциях, где
элегаз является естественной изоляцией первичной обмот-
ки ТТ л конструкция последнего предельно проста
Если установка ТТ не вызывается необходимостью виню-
чеиия нриборое учета, то требования к точности ТТ резко
снижаются н очень привлекательным становится использо-
вание первичных преобразователей, не требующих высоко-
144
Ю-660 |45
раэователями могут служить так
называемые магнитные трансформа
торы тока [23], Примером могут
служить дифференциальные преоб-
разовагелк тока типа ТВМ, Онп
имеют П-обраэный иагиитопровод,
бы магнитный поток от измеряемо-
к точности TH различны в зависимости от вила нагрузки па
ни«. Для пелей измерения требуется работа TH с классом
точности не менее 0,5 прп напряжениях от 0,8 до 1,2 Um4
Дли целей релейной зашиты в обшем случае может быть
допущена несколько большая погрешность, например I —
3 %, однако она не должна возрастать более чем до 10—
15 % при снижения червячного напряжения до 3—5 % но-
минального. В отличие от ТТ выход TH обшиб и для цепей
измерения, н для цепей релейной зашиты и автоматики
Электромагнитный TH-—это понижающий трансформа-
тор, работающий в режиме, близком к режиму холостого
хода Наибольшее распространение получили масляные TH
однофазные н трехфазные Однофазные TH типа НОМ вы-
пускаются на номинальное напряжение от б до 35 кВ и
имеют одну вторичную обмотку на номинальное напряже-
ние 100 В. На номинальные напряжения от 15 до 35 кВ
выпускаются однофазные TH типа ЗНОМ, у которых один
147
иодом становятся неэкономичными, так как иэ-эа увеличен-
ных изоляционных расстояний нх масса возрастала бы при-
близительно пропорционально квадрату напряжения [34].
Поэтому более целесообразным оказывается использо-
вать делители напряжения п трансформировать лишь часть
первичного напряжения. При этом изоляционные расстоя-
ния и масса возрастают приблизительно пропориисчальна
напряжению. Поскольку делители на резисторах при тре-
буемом уровне выходной мощности TH безусловно непри-
148
ся к минимуму за счет появления уравнительных токов в
атнх обмотках.
150
152
обмотки которых включены на напряжения фаз относи-
тельно земли. Анализ этих случаев показал, что причиной
повреждений являются длительные перемежающиеся про-
бои изоляции с частотой, соизмеримой с промышленной.
В кабельных сетях повреждения TH случаются реже, так
как перемежающиеся замыкания на землю в нпх прн дли-
тельном протекании тока замыкания переходят в устойчи-
вые дуговые замыкания или межнуфазные КЗ.
Механизм повреждения TH был исследован в [37]. На
рис, 3.11, а показана осциллограмма напряжения на дуге
иа в предельном неблагоприятном случае, когда дуга суще-
ствует только в течение полуперподов одвой полярности,
т. е. создает такие же условия, как выпрямитель. Наличие
однополярного иапряжеиия приводит к насыщению магин-
топровода TH и появлению больших токов намагничнваиня
i„. При длительном замыкании первичная обмотка перегре-
вается и сгорает. Если перемежающаяся дуга нерегулярна,
то насыщение TH существенно меньше. Наличие дугогася-
щих реакторов прн их точной настройке повышает вероят-
ность быстрого погасания дугп Однако в воздушных сетях
6 и |0 кВ токи замыкания невелики (обычно 2—4 А), н ком-
пенсация емкостного тока в таких сетях не предусматрнна-
Второй причиной повреждения TH 6 н 10 кВ. а в ряде
случаев п TH 110 нВ является нарушение симметрии сети
при обрывах фаз. На рис. 3.11, б показана схема сети 6 к
10 кВ. при которой возможен феррорезонанс между индук-
тивностью силового трансформатора и емкостью питающей
его ВЛ. Такой режим может появиться, например, после
153
перегорания двух из трех предохранителей трансформато-
ра. Феррорезонанс в воздушных сетях 6 и 10 кВ происходит
обычно на частоте 50 Гц п сопровождается повышением
фазного напряжения в 2,5—3 раза Такое повышение напря-
жения на Tri приводит к резкому увеличению тока намаг-
ничивания и сгоранию первичной обмотки TH, Для подав-
ления феррорезонанса рекомендуется на выходе обмотки,
соединенной в разомкнутый треугольник, включать резис-
тор /? с сопротивлением 25 Ом Однако, как указано в [37],
это практически не оказывает влияния на условия возник-
новения феррореэоиаиса, так как реактивная мощность ре
зонансного контура оказывается существенно больше, чем
мощность потерь в резисторе
В сетп 110 кВ феррорезонанс возникает между индук-
тивностью TH и емкостью ВЛ при наличии обрывов. Как
правило это феррореэоиавс на субгармонпкак Наличие
вреждение его первичных обмоток Феррорезонанс между
индуктивностью намагничивании электромагнитных TH н
емкостями конденсаторов, Шунтирующих разрывы контак-
том в воздушных выключателях, возникает при отключении
системы шин ЦО—220 кВ всеми выключателями (на холос-
той системе шин).
В связи с частыми случаями выхода из строя TH конт-
роля изоляции в ряде энергосистем нашел распространение
способ выделения составляющих нулевой последовательно-
сти при неэаземленпой нейтрали первичных обмоток TH
контроля изоляции. При замыканиях на землю напряжение
Нулевой последовательности сети вызывает ток, проходя-
щий через емкость между первичными и вторичными об-
моткамп TH. Если в цепь заземления вторичной обмотки,
соединенной в треугольник, включить чувствительный токо-
вый ИО, то срабатывание последнего будет сигнализиро-
вать замыкание па землю В [88] ток в заземляющем про
воде вторичной обмотки TH выпрямляется и подается нв
потенциометр, напряжение которого управляет тиристором
ранних предложениях измерительным органом служило по-
ляризованное реле. Отсутствие заземления нейтрали TH пс-
каючаст возможность возникновения резонанса или намаг-
ничивания TH, однако изоляция нейтрали TH не рассчита-
на на фазное напряжение, которое может появиться при
замыканиях на землю. Поэтому ГН нужно устанавливать
на изоляторах,
Электротехническая промышленность подготавливает к
выпуску TH контроля изоляции, надежно работающие при
перемежающихся замыканиях на землю.
ИСТОЧНИКИ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА
4->. Источники оперативного тока на распределительных
подстанциях
Прп выборе источника оперативного тока для питания
цепей релейной защиты, антоматцкп, управления и енгна
лпзапип в распределительных сетях прпннмается во вни-
мание большое число факторов Наиболее надежным источ-
ником оперативного тока является аккумуляторная батарея
110 кли 220 В при условии, что она установлена в специ
альном отапливаемом п вентилируемом помещении, имеет
регулпруемые статические или вращающиеся устройства
для подэаряда и заряда, эффективную защиту от КЗ и эа-
мыканпй на землю в сети оперативного тока, а также ква-
лифицированное обслуживание.'Все это в целом требует
значительных капитальных вложений и трудозатрат и мо-
жет быть признано экономически оправданным только для
распределительных подстанций с высшим напряжением
110—220 кВ и несколькими ВЛ высшего напряжения, На
широко распространенных упрошенных подстанциях, вклю-
чаемых на ответвления ВЛ напряжением до 220 кВ, уста-
новка аккумуляторной батареи существенно увеличивает
стоимость подстанции, На таких подстанциях,так же каки
на подстанциях более низкого напряжения, должен обяза-
тельно рассматриваться как основной вариант использова-
ние переменного кли выпрямленного оперативного тока,
источником которого являются измерительные трансформа-
торы тока и напряжения и трансформаторы собственных
нужд (ТСН), Этот вариант наиболее экономичен, так как
капитальные вложенпя и трудозатраты на эксплуатацию
минимальны По надежности переменный или выпрямлен-
ный оперативный ток не уступает постоянному, если ис-
пользуются простые токовые и дифференциальные защпты
трансформаторов п отходящих линий 6 и 10 кВ.
На ряде подстанпий, в частности на крупных промыш-
ленных предприятиях, а также на упрощенных подсганпи-
155
ях 220 кВ, на которых установлены высокочастотные заши-
ты ВЛ, находит применение компромиссный вариант' ак-
кумуляторная батарея 110 нлн 220 В небольшой емкости
используется для питания всех оперативных Цепей, аа ксклю •
ченпем наиболее энергоемких — электромагнитов включе-
ния мощных приводов выключателей Питание этих электро>
магнитов осуществляется От мошной выпрямительной уста-
новки Использование аккумуляторных батарей на малые
номинальные напряжения, довольно широко практиковав-
шееся до 50-х годов, приводило к многочисленным случаям
отказов нэ-эа ненадежности контактных соединений и кон-
тактов при напряжениях 24—49 В и поэтому в настоящее
время признано неудовлетворительным решением.
4,2. Постоянный оперативный ток
На крупных подстанциях предусматривается создание
разветвленной сети постоянного оперативного тока, питаю-
щейся от аккумуляторных батарей. В распределительных
сетях крупные подстанции оснащаются обычно одной акку-
муляторной батареей, как правило, на напряжение 220 В
Для повышения надежвости сеть оперативного тока сек-
кнокируется с тем, чтобы обесточенне одной или нескольких
секций не приводило к отказам наиболее ответственных по-
требителей оперативного тока, к которым относятся уст-
райства релейной защиты, автоматики и упраахекия £365.
На рис. 4.1 показана принципиальная схема сетп оператив-
ного тока Аккумуляторная батарея GB работает на шины
ША, от которых отходят линия, питающие секции оператив-
ного тока. Каждая секция представляет собой шинки, пи-
тавшие группы потребителе". Обычно на подстанциях вы-
деляются шинки управления ШУ, к которым подключают-
ся устройства релейной защиты, автоматики и управления,
шинки сигнализации ШС (обычно на крупных подстанци-
ях) и шпньи питания электромагнитов включения выключа-
телей (шинки включения) ШВ. Шпнки управления имеют,
как правило, несколько секнпй, Например по числу систем
шин подстанции Каждая из секций питается по своей ли-
ния. и предусматривается возможность объединения секций.
Шинки сигнализации, если они имеются, н шинки включе-
ния также секционируются. Аккумуляторная батарея явля-
ется также источником аварийного освещения подстанции.
Аккумуляторная батарея выполняется в большинстве
случаев нз свиниоио кислотных аккумуляторов, обладаю-
156
158
ров различаются тем больше, чем меньше переходное со-
противление Более удобен непрерывный автоматический
контроль с помощью реле KL, включаемого между средней
точкой двух резисторов R1 и R2 и землей (рнс. 4.2,6). Прн
таком включении реле находится в диагонали моста, обра-
зованного резисторами RI и R2 н сопротивлениямп изоля-
ции обоих полюсов шин относительно земли. При равенст-
ве последних мост сбалансирован п тока в реле нет При
Наличнс схемы контроля может явиться псточнпком
ложной работы реле. Прн замыкании на землю, показанном
на рис 4.2,6 если сопротивление реле KL/ достаточно ве-
лико, напряжение между шиной <—» и землей остается
близким к 0,5 С/ном п оно может вызвать срабатыванпе ре-
ных реле с малым потреблением (до 1—3 Вт), имеющих на-
пряжение срабатывания менее 0,6 (/ком, еелп их ложная
работа может привести к ложному срабатыванию илн отка-
зу защиты илн автоматики
Емкость аккумуляторной батареи во многом определи
ется необходимостью питания мощных электромагнитов
ввлючения выключателей и аварийного освещения На от-
носительно небольших подстанциях требуемую емкость ба-
тареи можно существенно снизить, если питание этих потре-
бителей оперативного тока осуществлять только от сети
собственных нужд подстанции (§ 4.3).
В настоящее время выпускаются шкафы управления опе-
ративным током тнпа ШУОТ, отличающиеся тем, что акку-
муляторы, входящие в состав шкафа (АБН-80), снабжены
фильтр-пробкамп, улавливающими нары серной кислоты.
Поэтому ШУОТ могут устанавливаться на релейном щите
без специальной вытяжной вентиляции Батарея ШУОТ со-
стоит из 52 аккумуляторов, установленных в 13 поддонах.
Номинальное напряжение батарея ПО В. Если необходимо
номинальное напряжение 220 В, то батареи двух шкафов
В шкафу ШУОТ предусмотрено подзарядное устройство
с транзисторной схемой управления и тиристорами в каче-
стве пополнительных элементен. В нормальном режиме
мощность отдает тюдэарядное устройство, выходное напря-
жение которого сглажено и поддерживается стабильно с
точностью ±2 % Аккумулятор отдает мощность только при
понижении напряжения на шинах собственных нужд, на ко-
159
торое включается подэарядное устройство В шкафу ШУОТ
предусмотрена возможность присоединения четырех линий
пеней управления, рассчитанных на ток до 10 А, для чего
имеются автоматические выключатели п предохранители.
Одновременно шкаф ШУОТ может питать нагрузку с током
не более 20 А. Размер шкафа ШУОТ 2000X1200X600 мм,
потребление в нормальном режиме & кВ. А.
Шкаф рассчитан на работу при температурах от —10
до +40 °C и поэтому может устанавливаться только в отап
ливаемых помещениях. Недостатком шкафов является низ
кое качество аккумуляторов, срок службы которых иногда
не превышает 3 лет. Это приводит к ограничению облает»
прпменеиня ШУОТ п более широкому использованию .вы-
прямленного оперативного тока
4.3. Переменный оперативный ток
Наиболее экономичным решением для большего числе
распределительных подстанций является использование ле-
ременного кан выпрямленного оперативного тока [2. 9].
Если не считать схем релейной защиты с реле прямого дей-
ствия, не требующих никакого оперативного тока, устрой-
ства защиты без применения аккумуляторных батарей в ка-
честве источника оперативного тока могут быть выполнены
на следующих Принципах:
схемы релейной защиты на переменном токе, к которым
относятся схемы с дешунтпрованием электромагнитов уп-
равления выключателей и короткозамыкатеЛей, а также
редко используемые в СССР схемы с промежуточными на-
сыщающимися трансформаторами (ПНТ), включаемыми в
цепи ГТ и являющимися источниками переменного напря-
жения, среднее значение которого ограничивается насыще-
нием магиитопровода ПНТ;
схемы релейной защиты иа выпрямленном оперативном
токе, выполняемые с помощью выпрямительных блоков пи-
тания, вкаючвемых на ГТ, TH или ТСН;
схемы с использованием конденсаторных батарей, заря
жаемых н нормальном режиме п отдающих энергию при
работе релейной защиты.
Возможен вариант применения переменного оперативно-
го тока на отдельных присоединениях подстанций, оборудо-
ванных аккумуляторной батареей, если этот вариант приве-
дет к существенному сокращению сети постоянного опера-
тивного тока и как следствие к повышению ее надежности.
150
4.4. Схемы с дешунткроваяием электромагнитов управления
н с промежуточными насыщающимися трансформаторами
Схемы с дешунтированием могут применяться при вы-
полнении токовых защит, если ввлючение влектромагнитов
управления (электромагниты отключения выключателя иля
электромагниты включения короткоэамыкателя) не приво-
дит к недопустимым погрешностям ТТ, а максимальный ток
КЗ не превышает предельный ток, который могут коммути-
ровать контакты реле.
При использовании аппаратуры, выпускаемой в настоя-
щее время для схем с дешуитированием (реле тока серии
РТ-80 и промежуточные реле типа РП-341), область при-
менения указанного принципа ограничивается присоедине-
ниями, выключатели или короткоэамыкатели которых обо-
рудованы механическими или ручными приводами с по-
треблением электромагнитов управления не более 50 ВА
при токе срабатывания, причем максимальный вторичный
ток ТТ не должен превышать 150 А.
Принципиальная схема защиты с дешунтироваинем
электромагнита управления показана на рис 4.3. Т1ри сра-
батывании выходного реле сначала замыкается цепь элек-
тромагнита управления и лишь затем размыкается контакт,
шунтирующий электромагнит При таком выполнении кок-
тактной системы повышается надежность несрабатывания
зашиты при максимальных токах внешних КЗ. Если бы за-
мыкающий понтаьт отсутствовал, то тс электромагниту уп-
равления было бы приложено напряжение на-размыкающем
контакте, что при неблагоприятных обстоятельствах могло
бы вызвать срабатывание электромагнита без срабатыва-
ния выходного реле
Наиболее простая схема с дешунтировепием электро-
магнита отключения YAT (рис 43,а) может быть выпол-
иена при использовании токовых реле КА (серии РТ-80),
в которых совмещаются все функции, характеризующие
устройство защиты.
При выполнении максимальных токовых зашит (МТЗ)
со ступенчатыми временными характеристиками, а также
дифференциальных токовых п некоторых других зашит не-
обходимо выполнение рндд логических функций, требующей
применения какого-либо источника питания Современные
схемы дешунтпрования используют а качестве такого ис-
точника маломощное выпрямительное устройство (§22),
ц-660
161
электромагнита принимается для
надежности в 1.2 раза выше, чем
для токовой защиты со схемой
дешунтирования.
Схемы с ПНТ были очень ши-
роко распространены в СССР до
50-х годов благодаря своей про-
стоте Серийно выпускались ПН Г
типа ТКБ 1, рассчитанные на пи-
тание реле п электромагнитен
отключеипя с потребляемой мош-
ные трансформаторы представля-
ли собой большую нагрузку па
ТТ, особенно в режиме холостого хода, и когда уровень то-
ков КЗ в энергосистемах СССР возрос, стали наблюдаться
случаи повреждения изоляции ПНТ н вторичной обмотки
нагрузках на ПНТ, особенно нагруженных на нелинейные
резисторы, перенапряжения не представляют серьезной
опасности для изоляции, и поэтому в настоящее время
ПНТ используются, например, для выполнения релейной за-
щиты в КРУ с выключателями SC1-IO пронэвояства ГДР
]40]
Следует отметить, что КПД промежуточных насыщаю-
щихся трансформаторов относительно невысок (не более
0,5—0,7). и поэтому схемы с дешунтнроваиием более эко-
номичны, что особеипо важно при большой потребляемой
мощности электромагнитов управления, когда недопусти-
мо увеличение нагрузки ТТ
Выпрямленный оперативный ток целесообразно псиоль-
эя применять схемы с дешунтпрованисм н с ПНТ, напри-
мер на присоединениях, оборудованных выключателями с
электромагнитными или пневматическими приводами, элек-
тромагниты управления которых имеют большую потребля-
емую мощность, а также при наличии сложных устройств
защиты, в том числе полупроводниковых, которые требуют
Напбольшсе распространение получили комбинирован-
ные источники выпрямленного оперативного тока, выпол-
11* 163
неяные пз выпрямительных блоков тока п напряжения, ра-
ботающих параллельно на стороне выпрямленного напря-
жения В нормальном режиме выпрямленное выходное на-
тяжение обеслечннает блок напряжения (БПН) а при
,^71Лпб^К0ВИЙ блок питания (БПТ), либо оба блока
(Ы1Н н ЫИ), В принципе возможен и вариант без БПН,
если не требуется оперативное напряжение в нормальном
режиме, в мощность ТТ достаточна дли получения выход-
ного напряжения при токе срабатывания защиты.
Блоки питания должны выполняться таким образом,
чгооы папряженне на их ныходе поддерживалось достаточ-
но стабильным, а в случае применения устройств, выпол-
ненных на полупроводниковых элементах или электронных
л-пвх. выпРямлеиное напряжение должно сглаживаться
В БПТ стабилизация выходного напряжения осуществ-
ляется за счет применения ПНТ, насыщение которых огра-
ничивает повышение среднего и действующего напряжений
на его обмотках. г
Однако амплитуда напряжения и, на вторпчной обмот-
ке разомкнутого плн сильно нагруженного ПНТ продолжа-
ет существенно нарастать и после насыщения магиитопро-
вода трансформатора (см. рис. 4.4). Это затрудняет псполь-
зование выпрямителей, поскольку их номинальное обратное
напряжение прнходптся выбирать значительно более высо-
ким, чем номинальное напряжение БПТ. Кроме того, рез-
ко искаженная форма кривой вторичного напряжения ухуд-
шает уедовия работы электромеханических реле и затруд-
няет сглаживание выходного напряжения выпрямительного
моста. Поэтому в мощных БПТ принимаются меры к огра-
ничению амплитуды перенапряжений до приемлемых зна-
чений Возможны два основных способа: включение нели-
нейных резисторов, сопротивление которых резкоснижается
при нарастании напряжения, п включение конденсато-
ров, образующих с ПНТ параллельный феррореэонансный
контур.
164
165
деиня каггряжелла в вндуктиакостя L,, при прохождении входного то-
ка г В нотных БПТ прн больших кратностях тока КЗ амплитуды
входных напряжений не должны превышать 1—2 кВ
Воли оГП загружен «а реакстор WB, to колебательный ароцесе зра
аамкт1утом ключе ЗА затухающий (см интервалы А характерной кри-
вой гге па рпс 4.5. г) При большой нагрузке очень глубокое насыгис
нпе ПНТ отсутствует и метод ПХН оказывается неточным Более
достоверные результаты получаются При использовании метода экаи-
еаленп-ых синусоид (см гл 3) которым, как правило, иллюстрируют
техники. На рис. 4.5,0 понизаны зависимости выходного напряжении
ходом эквивалентных синусоид Этп зависимости при холостом ходе и
большом сопротивлении нагрузки имеют петлеобразный характер п до
этому нужно считаться с возможностью сохранения режима ферроре-
зоианса и после отключения внешних КЗ за счет тока нагрузка ваши
щаечото прксоеднненяя. При некотором критическом сопротивлении
Д-р разница между токами наступления и нечеэаоаеяня феррорезонаи-
са становится очень небольшой, а при меныдпх сопротивлениях зави-
симость (Ачг=((Л становится однозначной Наиболее эффективно
можно использовать режим, когда инипмальное сопротивление чагруз
кн близко к R,s.
В настоящее время электротехническая промышленность
выпускает однофазные феррорезонаисные БПТ на мощность
до 50 Вт (БПТ-11), до 200 Вт (БПЗ 402) и до 1,2 кВт
(БПТ-1002) я номинальные напряжения 110 и 220 В. Име-
ются модификации БПТ-U на номинальные напряжения 24
и 48 В, а также БПТ-10) на мощность около 120 Вт и номи-
нальные напряжения 24 и 48 В.
Требования к БПН зависят от уровня тонов КЗ. Если
при минимальном токе, когда БПТ еще отдает достаточ-
ную мощность, напряжение на шинах подстанции близко к
номинальному, то н прпнпипе можно использовать нестаби-
лнзнрованные БПН, предстанляющпе собой однофазные
ид» трехфазные промежуточные трансформаторы с выпря-
мительным мостом на выходе- Назначением промежуточно-
го трансформатора янляется электрическое разделение се-
ти оперативного тока от цепей TH и получение необходи-
мого уровня выходного напряжения. Нестабилизггрованиые
БПН применяются обычно при небольшой мощности на-
грузки оперативных цепей и для питания схем сигнализа-
ции с тем, чтобы разгрузить остальные блокп питания.
В настоящее время выпускаются аестабилизированные
БПН типа БПН-ll на мощность до 50 Вт, типа БПЗ-401
166
ла мощность До 200 Эт п тпиа БПН-1002 на мощность до
1.2 кВт, как и соответствующие БПТ. На подстанциях, обо-
рудованных устройствами автоматической частотной раз-
грузки (АЧР). необходимо считаться с возможностью сни-
жения и напряжения, и частоты При отсутствии КЗ. Поэто-
му на таких нодстапипях обязательно применение стабялп-
Ж ванных БПН. В ряде случаев для питаны устройств
и электромагнитов управления выключателей приме-
няют феррорезонаисные стабилизаторы напряжения. Тогда
блоки питания для релейной защиты выбираются только
по условиям ее работы прн КЗ.
Для схем зашиты на выпрямленном оперативном токе
выпускаются в настоящее нремя стабилизированные блоки
типа БПНС-2 с применением Дросселей насыщения (ДН)
AL. Принципиальная схема трехфазного стабилизатора, ис-
пользованного в этом блоке, показана на рис. 4.6. а Он вы-
полнен на шести дросселях насыщения ALI—AL6, вклю
чекных по схеме трехфазною магнитного усилителя с само-
167
лее искаженную форму кривой выходного напряжения чем
шЛ₽в^НЛНСНЫе «аб™оры, особенно ПпРрЯн “X*
. * *одных напряжениях, когда велик угол зажигания в
вей ое Т^рН0С° емв(™орд или значительное нХ.
ЛН По, пмУи » сопротивление в стабилизаторах на
ДН, Поэтому для сглаживания выходного напряжения при
ЛИектш^7Х₽°ВОДИ,,КОВЫРстРоПста Дуются более эф-
фективные сглаживающие фпльтры. .
Выпрямительные мосты современных блоков питании
л™°«и1"0ТСЯ НЭ к₽емииевых Диодах и, как правило по ус-
ловиям надежности имеют не менее даух диодов н каждом
плече, включенных последовательно. У 4НОДОв каждон
<кпигв1енН0С1Ь,° паРаллельной работы БПТ и БПН
-^пример, прИи"вухТодинВа1адОВСыхТодноф^эИыхИИст(Мнн-
ках выпрямленного синусоидального напряжения выходное
напряжение может колебаться от U до V'2U при измене
нин ума между напряжениями источников от 0 до 90»
1е7а1"РЯЖиСНие На в“оде каждого источников) Если
же один из источников стабилизированный u имеет схему
168
управления, реагирующую на результирующее выходное
напряжение, то последнее будет поддерживаться достаточ-
но стабильно за счет регулирования напряжения стабили-
зированного источника.
Комбинированные блоки питания (ВПК) должны вклю-
чаться таким образом, чтобы при всех видах КЗ либо той.
либо напряжение, подаваемые на них, были достаточны для
надежной работы БПТ и БПН. Схема включения БПК по
возможвости должна выбираться таким образом, чтобы при
максимальном снижении напряжения на входе БПН ток в
БПТ был наибольшим.
Если БПК устанавливается на объекте, имеющем пита-
ние с нескольких сторон (шины подстанции, траисформато.
ры с двустороиипм пли многосторонним питанием, генера-
торы и т. д.), то БПТ и БПН должны предусматриваться С
каждой из сторон, имеющих источник мощности.
На линиях наиболее экономичной является схема с
включением БПТ на разность фазных токов и однофазного
БПН не линейное напряжение этих фаа (рис 4.7,о) Прп
таком включении наибольшее снижение напряжения будет
при междуфазных КЗ на фазах, на которые включен БПН.
Тогда, однако, на БПТ будет подаваться разность фазных
токов поврежденных фаз, т. е. наибольшее значение тока.
При двухфазных КЗ за трансформаторами со схемам»
соединения звезда — треугольник ц треугольник — звезда с
нулем, а также при однофазных К.Э за трансформаторами
169
со схемой соединения энеэда—звезда с нудям, когда раз-
ность фазных токов может равняться нулю, линейное на-
пряжение на этих фазах близко к номинальному, Для повы-
шения надежности питания ири других видах КЗ, а также
для снижения нагрузки на каждый нэ блоков возможно
включение второго ЕПТ на ток третьей фазы (рнс 4.7,6).
Блок напряжения в схемах, показанных на рис. 4.7,0, б,
может быть ныполнен и трехфазным
Прп использовании стабилизированных БПН (БПНС)
ь -просы включения ВПК существенно упрощаются. Напри-
мер, Для питания оперативных цепей эащпты присоединений
низшего напряжения па понижающей подстанции неболь-
шой мощности может быть установлен только один БПНС,
включаемый на TH первичной стороны (рпс. 47,а). Это
возможно, если при всех вдаах КЗ на стороне низшего на-
пряжения остаточное напряжение па первичной стороне бу-
дет выше напряжения надежной работы БПНС. Возможен
еще ряд схем ВПК, однако они только в некоторых деталях
могут отличаться От схем, приведенных на рис 4.7.
ративном токе, можно отметить следующее.
Колебания оперативного напряжения па выходе блоков
питания заметно больше, чем на аккумуляторной батарее,
особенно при несгабнлпэированных ЁПН Эти колебания
обычно имеют место в момент КЗ, когда резко меняются
токи и напряжения, подводимые к ВПК Как в феррорезо-
нансных БИТ, так и в БПНС возникают кратковременные
переходные процессы, сопровождающиеся колебаниями вы.
ходкого напряжения. Для защит на электромеханической
элементной базе это не имеет существенного значения, од
иако при использовании устройств, выполненных на полу-
проводниковых приборах пли электронных лампах, с крат-
ковременными перенапряжениями следует считаться.
По принципу действия от выпрямительных блоков пита-
ния нс могут работать защиты мпнпмального напряжения,
так как в момент действия этой защиты на подстанции мо-
гут отсутствовать ток и напряжение. Это же относится и к
схеме управления огделигелем.
Одним из основных преимуществ схем зашиты на пере-
менном оперативном токе является отсутствие разветвлен-
ной сети оперативного тока, характерной для подстанций с
аккумуляторным» батареями Поэтому ьо многих случаях
наилучшнм решением является применение одливидуалыю-
го выпрямительного блока, т. е. блока, обеспечивающего
питание защиты только одного присоединения. При боль-
шом числе присоединений, однако, потребовалось бы значи-
тельное количество блоков, что экономически иеоправдано.
Поэтому наибольшее распространение получнлп схемы с
групповыми блоками питания, обеспечивающими работу
релейной защиты группы присоединений, например секции
шпц какого-либо напряжения. Прп таком выполнении бло-
ков питании сеть оперативного тока состоит из ряда неэа-
впепмых участков. При переключении секции шнн на пита-
ние от резервного источника мощности возможен одно-
временный перевод цепей оперативного тока на
соответствующий блок питания.
Цепи управления и сигнализации на подстанциях рас
пределительиых сетей обычно питаются от централизован-
ной независимой схемы оперативного тока, во многих слу
чаях неныпрямленного.
Надежность питания от выпрямительных БПТ и БПН
характеризуется соответственно током и напряжением на-
дежной работы (/пр н Па,р). Эти значения зависят от на-
грузил на блоки и задаются эаводом-вэготовителем для
разных уровней выходного ваиряжения [3J. При РА04616
схем с БПТ и БПН проверяется, что погрешность ТТ при
холостом ходе БПТ или TH при максимальной нагрузке не
БПН не превышает 10 %.
Надежность питания от БПК определяется его входной
характеристикой, предстанляюшей собой зависимость на-
пряжения, которое необходимо подать на БПН, от тока, ко-
торый необходимо подать на БПТ, чтобы напряжение на
выходе БПК при заданной нагрузке не было меньше ми-
нимально допустимого (обычно 0,9—0,85 номинального).
Вид входной характеристики зависит от многих факто-
ров. параметров блоков, угла между напряжением и током,
характера нагрузки и т Д. Предельная входная характери-
стика в осях I, U представляет собой прямоугольник со
сторонами /ив 11 1/в,р.
К выпрямительным блокам можно отнсстп также мощ-
ные выпрямительные установки, питающиеся от цепей соб-
ственных нужд подстанций. Эти установки требуются не
только при использовании переменного или выпрямленного
оперативно тока, но п в случае применения Шкафов ШУОТ,
не рассчитанных на токп включения электромагнитных при-
водов масляных пли воздушных выключателей. Недостат-
ком использования мощвых выпрямительных установок длн
включения выключателей является возможность резкого
171
снижения непрнжения собственных нужд при включении
выключателя на близкое КЗ. Тягоиое усилие электромагни-
та при этом снижается, а электродинамическое действие
тока КЗ может воспрепятствовать четкому нключению вы-
ключателя, что приведет к многократному повторению по-
пыток включения и разрушению выключателя. Однако про-
веденные испытания показали, что у большинства выпуска-
емых в СССР выключателей инерция подвижной системы
достаточно велнка и, следовательно, обесиечивается надеж-
ное включение выключателя даже на КЗ. Если инерция
подвижной система недостаточва, то применение выпрям-
ленного оперативного тока невозможно.
4X1. Схемы с предварительнв заряженными конденсаторами
Конденсаторные батареи, заряжаемые в нормальном ре-
жиме работы, используются в качестве источника опера-
тивного тока, если мощность, отдаваемая ТТ, недостаточна
для питания оперативных цепей защиты, т. е. если невоз-
можно использовать ПНТ, выпрямительные блоки пптанпя
и схемы с дешунтированием В ряде случаев заряд может
осуществляться в промежуток времени между возникнове-
нием КЗ и действием логических пли исполнительных ор-
ганов Еще одной областью применения предварительно
варяженпых конденсаторов являются схемы, которые дол-
жны работать при отсутствии на подстанции напряжения и
тока, например схема автоматики отключения отделителя
на упрощенных подстанциях, схема защиты мпннмальиого
напряжения п т. п
Энергия, которой может быть накоплена в конденсатор-
ной батарее приемлемой емкости, относительно невелика,
и поэтому, как правило, она используется только для пода-
чи кратковременного импульса на управляемое устройство
(реле, электромагнит отключения). Но даже при этих ус-
ловиях конденсаторные батареи ДЛЯ питания электромеха-
нических устройств должны иметь значительную емкость.
Более легкие условия пмеют место прп использовании знн-
чнтельно менее энергоемких устройств, выполненных на по-
лупроводниковых приборах, где относительно небольшие
конденсаторные батареи могут обеспечивать питание схемы
Заряд конденсаторных батарей производится с помощью
зарядных устройств (УЗ), включаемых в цепи ТТ или TH.
Зарядные устройства должны обеспечивать заряд коидеи-
саториых батарей заданной емкости до напряжения, необ-
ходимого для надежного действия питаемых устройств, в
течение заданного времени, определяемого условиями ра‘
боты защиты.
Наиболее распространены УЗ, включаемые в цепи на-
пряжения. Такпе устройства очень просты и надежны, од-
нако не могут обеспечить заряда конденсаторной батареи
в случае подачп напряжения на обесточенную подстанцию,
если на ней в момент включения происходит или уже имеет
место КЗ и напряжение, подаваемое на УЗ, недостаточно
для заряда конденсаторной батареи. В таких случаях мож-
но использовать УЗ, включаемые в цепи ТТ, с тем чтобы
при КЗ заряд конденсаторной батареи производился за
счет тока КЗ [9, 301,
Зарядные устройства, включаемые в цепи напряжения,
представляют собой промежуточные трансформаторы, На
выходе которых установлены выпрямители Если не требу-
ется быстрый заряд, то наиболее экоиомпчно использовать
маломощный трансформатор я однополупериодный выпря-
митель. В процессе заряда напряжение на конденсаторной
батарее достигнет значении, близкого к амплитуде заряд-
ного напряжения. Ускоренный заряд конденсаторных бата-
рей может быть достигнут за счет использования более
мощных промежуточных трансформаторов, т.е. трансфор-
маторов с меньшим сопротивлением обмоток, и двухполу-
перподных выпрямителей. Примерные кривые заряда кон-
денсаторных батарей дня обоих вариантов УЗ показаны на
рис. 4 8, л, б.
Проблемы, возникающие при выполнении токовых УЗ,
во многом аналогичны рассмотренным выше проблемам вы-
полнения БПТ: необходимо обеспечить поддержание при-
близительно постоянного амплитудного (а не среднего, как
в блоках питания) значения напряжения, подаваемого на
выпрямители УЗ. Поэтому токовые УЗ выполняются нз тех
же принципах, что и БПТ, Поскольку токовые УЗ должны
обеспечивать быстрый заряд конденсаторных батарей, вы-
прямитель устройства выполняется двухполупериодным.
Кривая напряжения заряда конденсаторной батареи от то-
кового УЗ показана на рис. 4.8. в. Следует обратить внима-
ние на то, Что прп заряде конденсаторной батареп вынуж-
денным током общий характер нарастания напряжения на
конденсаторе линейный, в не экспоненциальный, как у УЗ,
включаемого в цени напряжения.
Как и блоки питания. УЗ могут быть индивидуальными
172
173
гает две основные задачи: разделение конденсаторных ба-
тарей, заряжаемых от одного устройства, и контроль на-
личия напряжения заряда конденсаторной батареи.
Разделение цепей отдельных групп (блоков) конденса
торов необходимо для того, чтобы прп разряде одной нз них
остальные не разряжались. Существуют два метода разде-
ления блоков конденсаторов, контактный и дподный. При
первом методе каждый блок заряжается через размыкаю-
щий контакт выходного реле, а разряд осуществляется че-
рез замыкающий контакт этого же реле (рис. 4,9, о). Нали-
174
—|—о+ма
= sCI
— —t>l
3 =« <)
— —o-f58
{ЗЕЗ
I шал
аналоговые или логические ИМС с относительно больши-
ми временами переключения. Как и всякие делители на-
пряжения. схема стабилизатора, показанная на рис. 4.10,о,
рассеивает мощность, существенно превышающую мощ-
ность нагрузки. Предположим, что схема выполнена с иде-
альными стабилитронами, поддерживающими стабяльное
выходаов напряжение уже при очень налом токе. Тогда
при неизменной нагрузке и напряжении нагрузки U*. со-
ставляющем bVmi„ {Umm— минимальное напряжение пи-
твиия), добавочном совротивленнн й (й=й|+йг) ток на-
грузки
(4.2)
(4-0
Когда входное напряжение увеличивается до Unss —
—aUmut. выходное напряжение подвержнаается за счет
появления тока стабилизатора
/го = й-1)Ут1./й.
Учитывая, что мощность нагрузки Р„-
большая входная мощность Pms — (la+lvti, — ^.-. ----,
ностъ. рассеиваемая в стабилитронах, Pvo —blvoUmu. по
лучаем следующие соотношения между этимп мощностями,
используя (4,1) и (4.2),
Найдем эти соотношения дня стабилизатора, имеющего
поминальное входное напряжение 220 н выходное напря-
жение 30 В (±15 В). При колебаниях входного иапряже-
177.
176
воя от 0,8 до 1,1 номинального а=1,375; 6=0.17 Тогда
Легко убедиться, что если ток нагрузки изменяется от
нуля до номинального, то ток в стабилитроне увеличивает-
ся в минимальном режиме до 1ув + /г, и тогда Ргв/Рн=
= 1,45, в РИц при этом останется таким же, как и при по-
стоянной нагрузке. Таким образом, уже при мощности
нагрузки около 1,5—2 Вт потребление стабилитронов 2—
Для уменьшения мощности, рассеиваемой в стабилитро-
нах, можно использовать схему, показанную на рис. 4 10, б,
где регулирующими элементами являются транзисторы, а
управляющими — стабилитроны, Общая энергетическая
картина у обоих стабилизаторов одинакова, однако при
испольэонакии транзисторов мощность, рассеиваемая а
регулирующем звене, выделяется в основном в транзисто-
Прв большом количестве реле потребляемая мощность
стабилизаторов, показанных на рис. 4.10, окажется слиш-
ком большой. Поэтому использование общих полупролод-
ииковых преобразователей постоянного напряжения в по-
стоянное предпочтительнее в помплектных устройствах нлн
сложных схемах защиты, где одновременно нужно обеспе-
чить витание целого ряда измерительных и логических по-
лупроводниковых органов,
4.8. Преобразователи постоянного напряжения
в переменное (инверторы) и выпрямленное напряжение
Для того чтобы получить заданный уровень постоянного
напряжения, отличающегося от напряжения аккумулятор-
ной батареи, пспользуются инверторы, преобразующие
входное постоянное напряжение в переменное. С помощью
трансформаторов может быть получено переменное на-
пряжение с необходимой амплитудой Если выпрямить п
сгледить вторичное напряжение трансформатора, то полу-
чпм неточной пптанпя, гальванпчески не связанный с сетью
входного напряжения. Коммутирующим элементом инэер-
торов могут быть как транзисторы, так и тиристоры.
Транзисторные инверторы более устойчивы, так как сигна-
лы управления могут как отпереть, так и запереть тран-
зистор Однако из-за ограниченных возможностей транзис-
торов по номинальному напряжению и току транзисторные
инверторы обычно выполняются яа мощность до 100 Вт,
178
Тиристорные инверторы могут работать только с искусст-
венной коммутацией, так как онн запираются лишь в мо-
мент перехода кривой напряжения через нуль. В схеме
с постоянным входным напряжением создается колебатель-
ный контур, переходный процесс в котором обеспечивает
запирание тиристора [41]. В связи а этим тиристорные
инверторы менее устойчивы, что сказывается в основном
при перерывах питания. Тврлсторные инверторы могут вы-
полняться на очень большие мощности — до десятков ме-
гаватт.
Работа инвертора заключается в отпирании и запира-
нии тиристоров нлн транзисторов в таком порядке, чтобы
к одному пз выходных зажимов инвертора пернодическв
подключался поочередно то положительный, то отрица-
тельные полюс входной цепи Периодичность переключе-
ния задается генератором колебаний, питание которого
осуществляется входным напряженней. Частота колебаний
определяется рядом факторов. При увеличении частоты
изменяется уровень напряжения, н габариты фильтра, сгла-
живающего выходное выпрямленное напряжение. В то же
время увеличение частоты ограничивается частотными
свойствами транзисторов (тиристоров) в диодов выпрями-
тельного моста, В современных транзисторных инверторах
частота переключений составляет 10—20 кГц.
Использование транзисторных генераторе» или генера-
торов ва ИМС имеет тот недостаток, что полупроводнико-
вая схема управления должна быть в период пуска инвер-
тора гальванически связана с цепью аккумуляторной
батареи н только после того, как на выходе преобразова-
теля появится сглаженное выпрямленное напряженке, воз-
можно переключение на него питания генератора. В этом
отношении более перспективен автогенератор, наполненный
на базе насыщающего трансформатора ] 42]. На рис. 4.11. а
показана простейшая схема инвертора, насыщающийся
трансформатор которого является одновременно и выход-
ным трансформатором преобразователя.
При появче напряжении на схему один из транзисторов
(например VT/) вследствие естественной разницы в пара-
метран отпирается немного раньше. Появление тока в кол-
лекторной обмотке Ши транзистора VTI вызывает ЭДС в
базовых обмотках жь, и которые обеспечивают допол-
нительный отпирающий ток в транзисторе VT1 и запира-
ющий ток в транзисторе VT2. Возникающий лавннообраз-
179
Рак. 4.18. Схема транзисторного преобразователя блоков патаииа
ПОПО и ПОг20 устройства ЯРЭ-2201
ющий при этом лавинообразный процесс обеспечивает
полное запирание VTl п отпирание VT2. Начинается пере-
магничивание магнитопровода трансформатора от индук-
ции насыщения 4 В, до индукции насыщения —В,.
В момент насыщения вновь отпирается транзистор VT1 и
запирается транзистор VT2. Периодическая коммутация
транзисторов VTl n VT2 приводит к появлению в магиито-
проводе знакопеременного потока треугольной формы, со-
ответствующего напряжению прямоугольной формы иа
всех обмотках трансформатора (рис. 4.11, б). Выбирая чис-
ло витков вторичной обмотки трансформатора можно
получать любое значение выходного напряженаи.
Недостатком инвертора, у которого функцэл генератора
и трансформатора совмещены, являются большие потери
в насыщающемся трансформаторе. Эти потери оказывают-
каемые транзисторные инверторы выполняются несколько
В качестве примера преобразователя постоянного на-
пряжения рассмотрим блок питании ПОПО (ПО120) уст-
ройства типа ЯРЭ-2201. Этот блок с входным напряжением
110 (220) В на общую мощность !5 Вт имеет три выхода
180
181
W *?сг
I -+п’ег
Вторичные напряжения обмоток <ог, н ws трансфор-
матора TVL2 выпрямляются п сглажяввютсн с помощью
электролитических конденсаторов С7, С8 и С9. Контроль
наличия напряжения осуществляется с помощью реле K.L
и светодиода VD4. В преобразователе предусмотрена за-
щита от КЗ на стороне 110 (220) В с помощью предохрани-
теля F, а также от КЗ и ненормальных режлмон на сторо-
не выходного напряжения путем срыва работы генератора
при замыкании цепи останова. Закорачанание первичной
обмотки трансформатора TVL1 приводит к запиранию
транзисторов VT1 л VT2. Возникающий очередной импульс
открывает транзистор VTI, который н остается открытым
из-за останова автогенератора. Конденсаторы СЗ и С4 раз-
ряжаются, п все напряжение прикладывается к конденса-
тору С5 и транзистору VT2. Таким образом, время замыка-
нии цепи останова должно быть достаточным для
магически.
132
183
транзисторе, так как при полной токе нагрузки на нем на-
дает напряжение, равное разности анодного н стабилизиро-
ванного напряжений.
Этого недостатка лишен импульсный СН, в котором
регулирующий элемент работает в ключевом режиме, т. е.
он либо открыт (падение напряжения очень мало), либо
закрыт (отсутствует ток). При этом, оявако, необходимо
сглаживать выходное напряжение СН. Пранилпиальная
схема импульсного СН показана на рнс. 4.13,6. Когда вы-
ходное напряжение 44, меньше эталонного (задается
стабилитроном VDZ), на выходе А напряжение положи-
тельно я транзистор VT1 полностью открыт. Когда напря-
484
спроваяные источники эталонного напряжения на базе ста-
билитронов и полупроводниловая часть стабилизаторов.
Резисторы и конденсаторы устанавливаются в дополнение
к ИМС Если мощность интегредьиого стабилизатора не-
достаточна. то для усиления используются дополнитель-
ные транзисторы.
На тапих ИМС (типа К142ЕН2А) в устройстве
ЯРЭ-2201 выполнен стабилизатор П02Ю, включаемый на
преобразователи ПОПО, ПО120. На рис. 4.14 показана
схема блока, состоящего из явух стабилпзаторов СН1 и
СН2 п устройств зашиты. Стабилизатор выполнен с умош-
няюшим транзистором VT1 типа КТ809А по схеме СН не-
прерывного действия (см рис. 4.13, а). В нем предусмот-
рена защита от сверхтоков, а также возможность запира-
нии при подаче напряжения на вход 9 интегрального ста-
билизатора Di. Это свойство используется для того, чтобы
скачала появлялось напряжение —15 В на выходе СН2 н
только после этого +15 В При нарастаняп напряжения
ИМС D1 заперта до тех пор, пока стабилитрон VDI не
выйдет яа порог стабилизации. Защита от нарушения ба-
ланса уровней +15 к —15 В более чем на 1,5 В выполнена
с номошью схемы, основанной на сравнении пулевого по-
тенциала блока с потенциалом средней точки делителя на
185
резисторах R7 п R8. При разбалансе более 1,5 В рткрыва
ется одни нз транзисторов VT2 или VT3 и срабатывают
соответствующие реле KL1 илн KL2 типа РПГ-2. Замыка-
ющие контакты обоих реле включены параллельно, и при
ется автогенератор.
Преобразовательный блок питания на блоках ПОПО
(120) и П0210 обеспечивает стабильное выходное напряже-
ние (отклонение ±3 %) в диапазоне входных напряжений
от 0,6 до номинального прн условии, что длительность
приложения напряжения не превышает 5 инк прн 1,2 но-
иинедьного и 5 с при 13 номплольиого.
186
кого режима, а также не препятствуют применению необ-
ходимой автоматики (АПВ, АВР и т. д.).
Однако при использовании плавках предохранителей
следует учитывать возможность возникновения несиммет-
ричного режима вследствие перегорания предохранителя
только в одной фазе при двухфазных КЗ за трансформа-
торами н океинвать последствия такой несимметркн с
точки зрения термической стойкости трехфазных вращаю-
щихся машин (электродвигателей, синхронных кояпевса-
торов н т Д-) Поэтому на трансформаторах, защищенных
предохранителями, должна устанавливаться защита от
несимметричного режиме.
четом, чтобы нх защитная характеристика раедолагалась
ниже кривой перегрузочной способности защищаемого
аппарата. Этим обеспечивается отключение присоединения
до того, как перегрузка вызовет повреждение. При КЗ,
когда кратности тока велнки, отключение присоединения
должно быть весьма быстрым. Кварцевые предохранители
отключают присоединение до того, как мгновенный ток КЗ
достигнет наибольшего значения (токоограничивающее
действие предохранителя), В распределительных сетях на-
пряжением выше 1 кВ предохранителями защищаются
тольно понижающие силовые трансформаторы небольшой
мощности.
В распределительных сетях б и 10 кВ, как городснкл,
таи н сельскохозяйственных, зашита пенижающих транс-
форматоров предохранителями является типовым решени-
ем, причем используются предохранители типе ПКТ*, ха-
рактеристики которых хорошо согласуются с характеристи-
ками защитных устройств сети 0,4 кВ.
В распределительных сетях 35 кВ плавкие прехохраии-
тели типа ПВТ* могут применяться па понижающих транс-
форматорах мощностью не более 1600 кВ-А, если обеспе-
чивается селективность между предохранителями и релей-
ной зашитой присоединений 6 или 10 кВ.
В Челябэнерго было предложено использовать дня за-
шиты трансформаторов 35 и 110 кВ предохранители с от-
крытыми плавкими вставками. Конструкция в таких пре-
дохранителях не предусматривает гашения дуги, а выпол-
нена таким образом, чтобы дуга, возникающая при перего-
Прехаее ааэвааве — ПСИ.
167;
ранни планкой вставкя, вызывала перекрытие вставки ва
землю (в сетях с большим током замыкания ва землю)
или ва другую фазу (в сетях с малым током замыкаши на
заилю). Возникающее КЗ приводит к перегоранию всех
вставок н к действию защиты питающей линии В бестоко-
вую паузу дуга в предохранителе погаснет, н при последу-
ющем АЙВ питающей ВЛ трансформатор будет отдален
от линии всеми фазами. Открытые плавкно вставки в на-
стоящее время находят лишь ограниченное применение
Улучшение защитных характеристик предохранителей,
а также ни одновременное сгорание во всех трех фазах мо-
гут быть достигнуты яри использовании управляемых
предохранителей [44], у которых защитное действие имеет
место за счет не только расплавления вставки током КЗ,
ио и принудительного разрыва цепи в предохранителе под
действием внешнего устройства. Способы Лхого разрыве
могут быть различными.
Выбор предохранителей иа стороне высшего иапряже
инн понижающих трансформаторов пронэведнтся таким
образои. чтобы обеспечивались термическая стойкость
трансформаторов, надежное отключение при междуфаз-
иых КЗ на шинах высшего и низшего напряжений и
согласование характеристик предохранителей с защит-
ными устройствами стороны низшего напряжения
[43, 45].
Планкне предохранители для защиты силоных транс-
форматоров с высшим напряжением 6 и 10 кВ (мощно-
стью до 630 кВ-А) выбираются по номинальному тону
(а зависимости от типа и мощности трансформатора),
ивмннальному напряжению и максимальному току от-
ключения, который не должен быть меньше максималь-
ного тока КЗ в месте установки предохранителя. Номи-
нальные токи и времятоковые характеристики отечест-
венных плавких предохранителей типа ПКТ и некото-
рых зарубежных, применяемых в СССР, приведены
в [43].
Для трансформаторов с высшим напряжением 35 кВ
вцбор вставок предохранитаней типа ПВт может произво-
диться по методике [45]. Сущность этой методики заклю-
чается в определении точки в координатах I, I, соотеетсТ-
вующей допустимому времени lt прохождения тока трех-
фазного КЗ на выводах низшего напряжения трансформа-
тора. При этом выбирается плавкая вставка, характерно-
186
189
5.2, Схемы включения ИО максимальных токовых зашит
Наиболее распространенными защитами сетей напря-
жением выше 1 кВ являются защиты, выполняемые с по-
мощью максимальных реле тока — максимальные токовые
защиты (МТЗ). В МТЗ па первичных реле тока прямого
действия, которые а отечественных энергосистемах приме-
нялись только в секняоииых выключателях типов ВМН-10
и ВС-IO сетей сельскохозяйственного назначения, исполь-
зуются, как правило, Два реле, включаемых на два фазных
юна. При этом МТЗ может реагировать на все впды меж-
дуфазных КЗ, а при двойных замыканиях на землю в
2,\ случаев будет отключаться только одно место повреж-
дения. При однофазных КЗ за трансформаторами со схе-
мой соединения звезда—звезда с нулем такое включение
рале может в 2 раза понизить чувствительность МТЗ. если
макспияяьный ток КЗ проходит по фазе, на которой реле
не установлено.
В МТЗ на вторичных реле тока количество схем вклю-
чения реле существенно возрастает. В сетях с изолиро-
ванной нейтралью реле тока включаются на ява фазных
тока по одной из схем рис. 5 2 Наиболее простой являет-
ся схема включения на разность фазных токоя (рис. 5.2, л).
Недостатками схемы являются некоторые затруднения в
согласовании с предохранителями и различная чувстви-
тельность к двухфазным КЗ фаз АВ и ВС по сравнению с
чувствительностью при двухфазных КЗ фаз АС п трехфаз-
иых КЗ. Наиболее серьезным недостатком является то,
что прп одпом из видов двухфазного КЗ за трансфор-
маторами со схемой звезда — треугольник (треугольник —
заезда с кулем) пли однофазного КЗ за трансформато-
ром со схемой соединения звезда — звезда с нулем, ког-
кажет
Схема включения на дна фазных тока (рис 52,6) рас-
смотрена выше, а схема с включением дополнительного
реле тока на сумму двух фазных токов (рнс 5.2. в) обес-
печивает повышение чувствительности при двухфазных КЗ
аа трансформатором со схемой соединения звезда—тре-
угольник (треугольник—звезда с нулем) к однофазных КЗ
аа трансформатором со схемой звезда—звезда с нулем.
Схема рис 5.2, г предусматривает включение одного из
токовых реле на фазный ток. а второго — через фильтр
тока обраткой последовательности. Эта схема применяет-
190
а также в полупрояоднкловых реле тока с эавяснчеой ха-
р аитерястакоб. используется односистемное выполнение!
ИО, что позволяет упростить общую схему МТЗ. На
рис. бДа.б показаны схемы блоноа входных преобразова-
телей серия Д0100 комплектного устройства эешиты тира
191
ЯРЭ-2201. Эти блоки используются для подачи входного
сигнала на общий токовый ИО без выдержки времени
(блоки серии Т0100, си. § 1—5). Промежуточные транс-
форматоры тока TAL блоков вхоявых преобразователей
питают выпрямительные мосты VS, включенные последо-
вательно. В блоках ДО110 и ДО150 предусмотрены три
последовательно ваиюченных моста (рнс. 5.5, а), а в бло-
ках Д0120 и ДО 100 — ява (рис. 5.3,6). В блоках
ДО140 и ДО170 используются только один TAL н одни
VS, а блоки ДО130 и ДО190 представляют собой сочета-
ние блоков с одним н днумя TAL. Таким образом, с по-
мощью упомянутых выше блоков можно реализовать
включение входных преобразователей в любую из схем
включения МТЗ, показанных на рис. 5.2 (кроме 5.2, г)
Схема блоков представляет собой макснселектор мгновен-
ных выпрямленных токов. Через резисторы Hl, R2 н R3
проходит ток из входных тонов, мгновенное значение кото-
рого больше Поэтому в схеме, включенной на три фазных
тока (рнс. 5.3, а), ток в резисторах при трехфазном КЗ
будет иметь форму крявоП, показанную на рнс. 5.3, в. При
днухфаэлых КЗ на защищаемой ВЛ тоня КЗ в поврежден-
ных фазах равны н противоположны по фвэе. При этом
192
ванряжеиве на резисторах якает форму кривой, показан- -
иую на ряс, 5.3. г Такую же форму кривой напряжение
имеет при двойвых замыканиях на землю, когда ток КЗ
имеется только в одной фазе, а также при двухфазном КЗ
за трансформаторами со схемой соединения звезда — тре-
угольник нлн однофазном КЗ за трансформаторами со
схемой звезда—звезда с нулем, когда один из фазных то-
ков в 2 раза больше, чем два других. Значение напряже-
нии соответствует большему из токов н при явух сочетани-
ях фаз вдвое больше, чем при третьем.
Таким образом, амплитуда напряжения на резисторах
блоков серин ДО 100 соответствует амплитуде наибольшего
из токов, подводимых к МТЗ. Однако, ках было показано
в § 1,5. срабатывание токовых ИО в устройстве ЯРЭ-2201
происходит, когда мгновенное выпрямленное напряжение
превышает пороговое в течение определенной части верно-
ношением alfi на рис 53, в, а). Прв а/р=0,2 разница в
токах срабатывания не превышает 3 % (ток срабатывания
меньше прн трехфаэных КЗ).
В блоках серии ДО100 предусмотрена возможность
грубого регулирования двапвзоив токов срабатывания
МТЗ, причем на каждый из блоиои можно включать до
трех ИО, работающих в одвом или двух днаплевнах токов
срабатывания. Предусмотрены ява исявлнения блоков Ва
диапазоны 1,5—6; 4,5—18; 15—60 к 3—12; 9—36; 30^-
120 А. Регулирование производится яаилвдками, вилючве-
ыыми в гнезда XS. Тонкое регулироваяпе уставов, как
было показано в § 1.5, осуществляется на токовых ИО се-
рии Т0100.
Одноекстемиой в устройстве ЯРЭ-2201 выполнена так
же и МТЗ с зависимой выдержкой времени, которая состо-
ит из блоков преобразователей типов ДО240, ДО250 я
описанных в гл I мгновенного ИО токовой отсечки и ИО с
зависимой выдержной времени Т0220. Одкосистемность
МТЗ достигается с помощью блояа преобразователей,
упрошенная схема анторого приведена иа рис. 5.4, а Вы-
прямительные мосты VSI и VS2, включенные на TAL. сое-
динены последовательно, образуя мексиселектор тока. На-
пряжение, подаваемое на схему, регулируется с помощью
набора резисторов, показанных нв рнс. 5.4, а в вняе резис-
тора RI. Око определяет основной ток срабатывания
который может устанавливаться дискретно п принимать
значение 1; 1425; 1,6; 2,5; 3,2 и 4 А дня блока ДО240 и в
13—660 193
4 раза больше для блока ДО250, Напряжение с выхода
ПО подается на пусковой орган блока ТО220. Ток сраба-
тывания отсечки устанавлилается как кратность к />, кото-
рая может прялимать ява значения: 1,5 и 5. Отсечка вы-
поланется с помощью отдельного ИО тока без выдержки
времени, напряжение на который (с выхода ОТО) подается
от делителя на резисторах R2—R4 Форма выходного на-
пряжения на резисторе R1 при подаче двух фазных токов на
TALI и TAL2 показана для случаев трехфазного (рис. 5.4. б)
и двухфазного (рис. 5.4,а) КЗ. Среднее напряжение
при трехфазном КЗ выше, чем прк двухфазном, и если
не принять какпх-лпбо мер, выдержка времени ИО бу-
дет зависеть от вида Ко. Поэтому в блоках ДО240,
ДО250 предусмотрена схема для получения одинакового
выходного напряжения, подаваемого на функциональный
преобразователь ФП измерительного органа ТО220 Прин-
цип действия схемы основав на том, что переменная со-
ставляющая напряжения при явухфазных КЗ больше, чем
при трехфаэных. Поэтому с помощью конденсатора С1 нэ
напряжения на резисторе R1 выделяется переменная со-
ставляющая, которая подается на ОУ, работающий Как
однополуперцодный выпрямитель с Очень малым падением
194
напряжения в пряном направлении. Это очень важно, так
как уровни напряжений на резисторе R1 малы и примене-
ние обычных выпрямительных мостов на диодах приводи-
ло бы к большим погрешностям. Выпрямленное напряже-
ние ОУ, так же как напряжение па резисторе RI,
сглажилается (первое на контуре R9, С2, а вто-
рое— на контуре Rll, СЗ), а затем осуществляется
суммирование токов через резисторы RI0 и R12, Соотно-
шение параметров схемы выбирается с таким расче-
том, чтобы сигнал на ФП при разных видах КЗ был одина-
ков с точностью до ±3 %. Таким образом, фазные токи
срабатывания органа с зависимой характеристикой в уст-
ройстве ЯРЭ-2261 прантически не зависят от вида КЗ. Ток
срабатывания пускового органа может составлять 1,1—14
тока а токовая отсечка, выполняемая на ИО тока без
выдержки времени, имеет по принципу действия небольшую
зависимость от вида КЗ благодаря односистемному вы-
полнению (как у схемы, показанной на рис. 53,а).
Односистемным выполнено устройство МТЗ типа ТЗВР
с линейными времятоковымц характеристиками Схема
блока формирования выпрямленного напряжения, подавае-
мого на ИО, показана На рис. 5.5, я. В ней предусмотрены
три трансформатора тока TALI—TAL3, работающих через
выпрямительный мост KS на регулируемый резистор RI.
Мост VS представляет ообой максиселектор напряжений,
пропорциональных разностям входных токов, Ках и в пре-
13"
195
дыдущем случае, напряжение ва резисторе R1 эивнсит от
вада КЗ. Прн трехфазном КЗ среднее напряжение в 1<5 ра-
за больше, чем прн двухфазном (рис, 5.5,6, в). Для тою
чтобы срабатывание происходило при одинаковых разнос-
тях фазных токов независимо от вида КЗ, в схеме преду-
смотрено выделение переменной составляющей напряже-
ние с помощью конденсатора С1 к ее однополупериодное
выпрямление с помощью диодов VD2 и VD3. Выпрямлен-
ное напряжение сглаживается конденсатором С4, и напря-
жение на зажимах А н Б предстанляет собой сумму напря-
жений на мосте VS и резисторе R2, Соотношение между
составляющими суммарного напряжения подбирается с
помощью резисторов R2 и R3.
5,3. Выбор уставок максимальных токовып защит
Для предотвращения пзлишннх срабатываний при от-
сутствии повреждений в сети или прн повреждениях на
смежных участках МтЗ должны отстраиваться от наиболь-
ших токов нагрузки и быть согласованными с защитами
смежных участков [2].
Наибольший той нагрузки определяется для макси-
мального режима системы с учетом его возрастания при
возможных отключениях отдельных участков сети в за счет
самоаапуска электроилигателей при восставовлепии напря-
жения после отключения КЗ. Последнее обстоятельство
учитывается введением в расчет коэффициента самоэапус-
яа зависящего от доли двигательной нагрузки, коли-
чества электродвигателей, участвующих в самозапуске, и
ряда других факторов. Этот коэффициент в наиболее тя-
желых случаях может достигать значений 2.5—Э.
Выбор тока срабатывания МТЗ по условию отстройки*
от тока нагрузки производится таким образом, чтобы МТЗ
ва неповрежденном участке возвращалась в исходное по-
ложение после отключения внешнего КЗ. т. е. ток возврата
МТЗ должен выбираться с коэффициентом запаса Яа боль-
шим, чем максимальный ток нагрузки.
Учитывая, что коэффициент возврата реле онределяет-
ся как можно получить выражение дня пер-
вичного тока срабатывания МТЗ по условпю отстробки от
нагрузки
где fp.noaai — максимальный рабочий ток присоединения,
J86
ерНатывввня эаошт
Выбор токв срабаты-
вания МТЗ по условию
согласования с токами
срабатывания смежных
участков производится та-
ким образом, чтобы зашита участка, более удаленно-
го от источника мощности (предыдущего участка), была
более чувствительной Это исключает возможность сраба
тывання реле тока МТЗ, рассматриваемого и последующих
участков, если не подействовали рале тока ха предыдущем
участке
Если ВЛ предыдущих участков не имеют связей на
приемных концах, то ток срабатывания МТЗ /с,л должен
быть отстроен от наибольшего из токов срабатывания
защит предыдущих участков /с,>цт11< и суммарного тока
нагрузки остальных присоединений питаемой подстанции
2/, [39]:
+ GW
где йвс — коэффициент надежности согласования, выбира-
емый в зависимости от конкретных условий.
Если несколько ВЛ предыдущих участков связаны па
приемных концах (рис. 5.6), то отстройку следует нести от
максимальной суммы токов срабатывания параляаиьио
работающих ВЛ
(5.26)
'с.М *
Наличие нескольких ВЛ, питающих подстанцию I/. об-
легчает условии согласования, так как по линии BJlf бу-
дет проходить только часть тока предыдущих участков.
Поэтому расчетные выражения (5.2) относятся к наиболее
тяжелому случаю одиночной питающей линии. В качест-
ве тока срабатывания выбирается наибольший из токов,
подсчитанных по выражениям (5.1) и (5.2).
Прн определении вторичного тока срабатывания МТЗ
необходимо учитывать схему включения ИО тока на ТТ.
Для этого в расчет вводится коэффициент схемы кото-
рый равен I прн включении реле на фазные токи и Уз
при ваиючеиии на разность фазных токои. Если коэффн-
197
циеят трансформации ТТ равен Ki, то выражение для вто-
ричного тока срабатывания МТЗ имеет вид
Л.р = *с, (5.3)
5.4. Оценка чувствительности менсиыальнык токовых защит
ном коротком замыкании МТЗ (или предохранители),
включенная на фазные токи, будет грубее на 15%, чем
МТЗ, включенная на разности фазных токов.
Выбор выдержки времени МТЗ производится таким
образом, чтобы время действия защиты на последующем
участке было на некоторую ступень it больше, чем на пре-
дыдущем. При этом всегда с наименьшим временем будет
работать зашита поврежденного участка. Значение it за-.
198
199
•воде секции не реагирует на удаленные КЗ. Поэтому пред-
лагаются различные решение, иапрнмер установка уст-
ройств резервирования отказов выключателей илк-алщкты
линий 6 и 10 кВ (УРОВЗ), т. е, применение блвжнего
резервирования, обычное для сетей напряжением выше
ПО кВ Это решение, однако, не является пока типовым,
5,5. Токовая отсечка
Токовая отсечка является быстродействующей токовой
защитой, селективность которой достигается отстройкой ее
тока срабатывания от наибольшего тока КЗ в конце защи-
щаемого участка, а также в случае защиты ликни от сум-
мы бросков тока намагничивания трансформаторов на
ответвлениях от линии. Токовая отсечка может выполнять-
ся без выдержки времени Естественно, что токовая отсеч-
ка может действовать только при близких КЗ и является
дополнительной зашитой. Токовая отсечка очень проста и
должна устанавливаться на всех ВЛ, если коэффициент
чувствительности при близких КЗ составляет не менее 1.2
[2]. Токовые отсечки устанавливаются на маломощных
трансформаторах.
Поскольку токовая отсечка не действует при гюлрежде-
ниях вне зоны, нет необходимости учитывать коэффициент
возврата реле тока Ток срабатывания токовой отсечки вы-
бирается по выражениям
<5-4)
4o>(^5)2/M7P, (5.5)
Первое из внх определяется наибольшим током КЗ в
конце защищаемого участка, а второе —суммой броске*
намагничивающего тока трансформаторов. Выбирается
наибольшее пэ полученных значений. Для определения
вторичного тока срабатывания, так же хак и у МТЗ, необ-
ходимо учитывать схему включения ТТ н их коэффициент
трансформации.
Предложен ряд схем, позволяющих расширить эону
действия токовой отсечки, с тем чтобы при КЗ весь защи-
щаемый участок отключался с малой выдержкой времени.
Одним из способов удлинения зоны действия является при-
менение неселективной отсечки в сочетании с устройствами
автоматики. В воздушных сетях отсечка сочетается- обыч-
но с АПВ, а в кабельных, где эффективность АПВ вевелн-
200
где й„— коэффициент запаса, уплывающий
реле н неточность его настройки ,[39]
202
5,6. Максимальный токовые защиты со ступякчатымн
харей тернстпвкн
Если яа линии установить отсечку без выдержки време-
ни, отсечку с выдержкой времени и МТЗ, то результирую-
щей времятоковая характеристика токовой защиты лилии
(рис. 5.9, я) будет иметь ступенчатую форму (рас. 5.9,6).
На оси токов отложены максимальные токи КЗ на шинах
иодстаккми, где установлены зашиты я максимальный ток
нагруэеи наиболее уделенного участка. Если защиты со
ступенчатой характеристикой выдержки времан устанав-
ливаются на смежных участках, то согласование их выпол-
няется по току н времени.
В распределительных сетях 6 и 10 кВ МТЗ со ступен-
чатыми характеристиками используются редко, так как они
требуют большого количества аппаратуры. Более эконо-
мичны МТЗ на реле с завнскыыии иля ограниченно зави-
симыми времятоковыми характеристиками, которые могут
обеспечить такое же, а в ряде случаев и большее быстро-
действие (рис. 5.9,а), чем защиты со ступенчатыми харак-
теристиками. Поэтому основвой областью применения МТЗ
со ступенчатой характеристикой является защита от меж-
дуфаэных КЗ в радиальных сетнх 35—110 кВ и ващкта от
однофазных КЗ в сетях с глухозаземяенной койтралью,
5,7. Теноивя защита нулевой последовательности
одиночных ВЛ ПО—220 кВ с односторонним питанием
Токовая защита нулевой последовательности ( ТЭНП)
может быть выполнена значительно более чувствительной,
чем МТЗ от междуфазных КЗ, так как в нормальном ре-
203
204
206
5.9. Тоновые защиты с пуском по напряжению
Кратковременные перегрузки по току, например при
пусках электродвигателей, приводят к необходимости за-
грублять МТЗ. Одины из критериев, по которым режим
перегрузки можно отличить от режима КЗ, является раз-
ная степень снижения напряжения на шинах подстанции.
Как известно, потеря напряжения ДУ, вызываемая током
l=l'+jl" на сопротивления Z=J?4-/X, составляет ДУ%
«:/'/?+ /"Х. Если считать сопротивление источника мощ-
ности, например трансформатора, чнсто реактивным, то
снижение напряжения ва шинах подстанция при близком
к активному токе нагрузки будет значительно меньше, чем
при близком к реактивному токе трехфазного КЗ.
Прн пуске электродвигателя угол сопротивления нагруз-
ки увеличивается, но все-таки остается существенно Мень-
ше угла сопротивления до места КЗ. Следовательно, сни-
жение напряжения при КЗ оказывается ббльшим, чем
при пуске электродвигателя Прп несимметричном КЗ
появляются напряжения обратной посхедоиательности, что
также можно принять в качестве критерия, отличающего
ток КЗ от тока самозапуска электродвигателей. Таким об-
разом, применение кусковых органов по напряжению по-
зволяет повысить чувствительность МТЗ. Этот способ по-
лучил наибольшее распространение в МТЗ сетей 6 и 10кВ.
Наиболее распространенными являются кое схемы пус-
ковых органов напряжевня: с комбинированным пуском
от реле напряжения обратной последовательности и мини-
мального реле напряжения (рис, 5 II, а) и с треми мини-
мальными реле напряжения (рис 5.11,6).
Для схемы, изображенной на рис. 5.11, а, ток срабаты-
вания МТЗ отстраивается от тока нагрузки в нормальном
режиме (без учета самозапуска), напряжение срабатыва-
ния фияьтр-реле напряжения типа РНФ-1М — от напря-
жения небаланса фильтра (1/с,9^0,06 Увон), а напряже-
ние срабатывания минимального реле напряжения — от
наименьшего напряжении в режиме самозапуска яагруз-
где k, — коэффициент возврата.
206
По формуле (5.8) выбираются уставки реле напряжения
н дая схемы, приведенной на рнс. 5.11, б.
Пуск по напряжению целесообразно использовать в тех
случаях, когда напряжение срабатывании, выбранное по
выражению (5.8), обеспечивает достаточную чувствитель-
ность (й,> 1,5) при КЗ и защищаемой эоне. Вопросы со-
гласования МТЗ с пуском по напряжению с другими за-
щитами сети рассмотрены в гл. 8.
5.10. Комбинированная отсечка по току н напряжению
На коротких ВЛ, в том числе и на лииякх, работаю-
щих и блоке с трансформаторами, выполнение токовой
отсечки затрудненно в связи с малой разницей между
токами КЗ я начале и конце (за трансформатором) ВЛ.
Напряжение же на шинах изменяется от нуля при блнзкяк
КЗ до значения, равного произведению тока КЗ на сопро-
тивление защищаемого элемента (нрн дуговых КЗ напря-
жением на дуге можно пренебречь, учитывая малое время
действия отсечки, в течение которого дайна дуги практиче-
ски не увеличивается). Применение комбинированной от-
сечки [1] позволяет получать лучшую отстройку от внеш-
них КЗ.
Напряжение срабатывания комбинированной отсечки
Uc0 можно согласовывать с ее током срабатывания /с,«*
При защите блока ВЛ — трансформатор Л.о выбирает-
ся из условий получения коэффициента чувствительности
1,5 прн двухфазном КЗ на конце линии в минималь-
207
5.11. Особенности выполнения токовых защит
от междуфазных КЗ в распределительных сетях в н 10 кВ
Как уже отмечалось, значения k„ bi и А«,с в выражени-
ях дая выбора уставок МТЗ по току и временя зависят от
устанавливаемое аппаратуры и условий применения за-
щиты. В настоящее время как в городских сетях и сетях
промышленных предприятий, так и в сетях сельской элек-
трификации применяется в основной одаа и та же аппара-
тура защиты Это высоковольтные Предохранители типол
ПК! (дая защиты трансформаторов), максимальные реле
тока прямого действия РТМ и РТВ, максимальные реле
тока с зависимой характеристикой серии РТ-80 н реже
РТ-90 и максимальные реле гока серин РТ-40 с электроме-
208
ханнческями реле времени серий РВМ-10, ЭВ-100 или
ЭВ-200 Начинают устанавливаться полупроводниковые
устройства защиты, однако опыт их применении еше не-
новые устройства имеют лучшие характеристики, более
Дифференцированы, и, безусловно, с их помощью удастся
повысить чувствительность н уменьшить время действия
защиты.
В существующей практике проектирования [39] при
выборе МТЗ в сетях 6 и 10 кВ принимаются следующие
значения расчетных коэффициентов и ступеней селектив-
ности:
значение коэффициента k, при выборе уставки МТЗ со-
ставляет 1,1—1,2 дая реле серий PT-40. РТ-80 и РТ-90 к
1,2— 1,4 Дая реле РТВ;
значение коэффициента надежности согласования й„,е
токов срабатывания смежных участков принимается в за-
висимости от реле, используемых и согласуемых защитах.
Например, при согласовании реле РТ-80 с реле Рт-40
*г.е=1.3, при согласования реле РТВ с реле РТ-40 йяс =
= 1,4, а при согласовании реле РТ-40 н РТ-80 йнв = 13
Прн однотипных реле РТ-40, РТ-80 и РТВ коэффициенты
о равны соответственно 1,25; 1,3; 1,5
Ступень селективности прн выборе выдержки времени
bf в защитах с реле РТ-40. и электромагнитными реке вре-
мени принимается-равной 0,5 с, а если защита на предыду-
щем участке не имеет выдержки времени, то Д<=0 4 с.
Для зашит с реле РТ-80 и РТ-90 ступень выдержки арене-
ни берется равной 0,6 с, а с реле РТВ — 0,7 с (или на 0,1 с
меньше, если зашпта предыдущего участка не имеет вы-
держки времени) При согласовании защит в зависимой
части характеристик ступень bt целесообразно увеличить.
Для реле РТВ ступень в этом случае следует увеличивать
Прн согласовании времятоковых характеристик предо-
хранителей с характеристиками реле или характеристик
предохранителей, установленных на смежных участках
необходимо учитывать, что согласно ГОСТ 2213—79Е до-
пускается отклонение тока плавлении плавкой вставки на
±20 % при любом времени сгорания. Поэтому при согла-
совании характеристик обычно пользуются типовой харак-
теристикой предохранителя, смешенной по оси токов на
20 % в сторону увеличения тока прн согласовании с заши-
той последующего участка и на 20 % в сторону /меньше-
11-460 209
Зашита трансформаторов городских кабельных сетей
выполняется главным обрезом с помощью предохраните-
лей типа ПКТ Защита кабельных линий выполняется, как
правило, на максимальных реле тока с ограниченно зави-
симыми характеристиками (РТ 80, РТ-90 или РТВ). При-
менение реле с зависимыми характеристиками определяет-
ся в основном удобством согласования с защитными
характеристиками предохранителей, а также согласования
защит нескольких смежных участков,
Бытовая нагрузка, определяющая основной состав на-
грузки городских кабельных сетей, характеризуется отно-
сительно малой долей электродвигателей. Коэффициент
самозапуска обычно принимается равным 1,2—1,3, если нет
конкретных данных о составе нагрузки. Токовая отсечка
на кабельных линиях, как правило, не устанавлкоается,
так как она имеет очень небольшую эону действия из за
малого сопротивления кабельной линии по сравнению с
сопротивлением источника мощности.
Значительные трудности возникают при выполнении
дальнего резервирования зашит кабельных линий, от-
ходящих от ЦП, прн наличии на вводе 6 и 10 кВ группово-
го или сдвоенного реактора нлн при реактированных
кабельных линиях. В этом случае МТЗ на вводе мощного
понижающего трансформатора оказывается нечувствитель-
ной к КЗ в конце кабельной линии из-за соизмеримости
максимального тока нагрузки и тока КЗ. Как уже отмеча-
210
лось, имеются предложения об осуществлении в этих слу-
чаях ближнего резервирования.
Существенным недостатком МТЗ кабельных линий яв-
ляется высокий уровень выдержек времени на головных
участках, что связано с отсутствием быстродействующих
защит Увеличение выдержки времени может приводить к
необходимости повышать сечение кабеля по условиям тер-
мической стойкости при КЗ [39]. Снижение времени от-
ключения КЗ в кабельных сетях возможно при исполь-
зовании дифференциальных токовых пли диставцков-
ных защит, а также полупроводниковых реле време-
ни или полупроводниковых защит, допускающих Л( =
= 0,3 с. Снижению выдержки времени способствует
строительство подстанций глубокого ввода в центры не-
применение неселектинных отсечек с исправлением не-
селективного действия от АПВ в кабельных сетях нецеле-
сообразно из-за малой эффективности АПВ. На параллель-
ных кабельных линиях МТЗ на питающем конце может
действовать селективно лишь при использовании ва при-
емных концах быстродействующей защиты, отключаю-
щей поврежденную линию. Это может быть либо по-
перечная дифференциальная защита, если имеются две
параллельные линии, либо направленные токовые за-
шиты [39]
В городских кабельных сетях МТЗ выполняется обыч-
но на переменном оперативном токе. Исключение составля-
ют кабельные линии, отходящие от шин электростанций
илп крупных подстанций, где имеется аккумуляторная ба-
тарея. Уровень токов КЗ в кабельных сетнх, как правило,
высок, п мощности ТТ достаточно для надежного действия
реле прямого действия илп дешунтпруемых электромагни-
тов отключения ручных и механических приводов выклю-
чателей 6 и 10 кВ. Схемы с выпрямительными блоками пи-
тания п зарядными устройствами в большинстве случаев
не используются.
Из-за возможных больших кратностей токов КЗ серь-
езной проблемой является обеспечение надежной работы
контактов токовых реле РТ-40 и реле направления мощно-
сти, если они используются, а также коммутационной спо-
собности контактов реле серий PT-80, РТ-90 влп РП-341,
дешунтирующпх электромагнит. Как было упомянуто в
гл. 1 п 3, возможность впбраицн контактов оценивается по
опытным данным [8, 20] по предельно допустимым погреш-
и* 211
постям ТТ При пэвествых кривых кратности при 10 %-ной
погрешности и зависимости, показанной на рпс, 3.4, можно
определить погрешность ТТ.
5.13, Особенности выполнения МТЗ сетей б и 10 кВ
промышленяил преимриятий
Схемы выполнения и аппаратура МТЗ в распредняи-
тельных сетях промышленных предприятий такие же, как
н в городских кабельных сетях. Однако нияичке значитель-
ной двигательной нагрузки вызывает, во-первых, эагрубле-
ние защит (увеличивается коэффициент самоэакуска) и.
во-вторых, предъявляет более жесткие требования к быст-
родействию защиты, поскольку длительное снижение на-
пряжения может привести к невозможности самозапуска
электродвигателей или, в случае применения синхронных
электродвигателей, их выходу из синхронизма.
Для облегчения самозапуска наиболее ответственных
электродвигателей часть двигательной нагрузки при доста-
точно длительных понижениях напряжения отключается,
При определении коэффициента самозапуска это обстоя-
тельство следует учитывать. Для ускорения отключения
КЗ на кабельных нереактнрованяых линиях могут уста-
навливаться отсечки по напряжению.
При расчетах токов КЗ следует, как правило, учиты-
вать подпитку от влектродвпгателей, что особенно важно
при выборе уставок быстродействующих защит.
Зашита шинопроводов промышленных предприятий в
ряде случаев может выполняться с помощью селективных
токовых отсечек, отстроенных от КЗ за реакторами, и
МТЗ. Защита ответвления яыполняетсв с пуском по напря-
жению от TH, установленных на шикая ТП. Действие
защиты ответвления должно вызывать отключение токо-
провода, для чего может быть пспользолано телеотключе-
ние выключателя по проводному каналу, так как расстоя-
ние от головной подстанции до ТП обычно невелико Если
чувствительность токовых защит оказывается недостаточ-
ной, то применяются продольные дифференциальные токо-
вые зашиты.
На подстанциях промышленных предприятий количест-
во операций выключателями существенно больше, чем в
городских кабельных сетях. Поэтому при проектировании
подстанций промышленных предприятий предпочтение от-
дается влектромагнитным приводам выключателей,
212
которые более просты по ковструнцпи и надежнее, чем
ручные или механические приводы. В таких случаях схемы
МТЗ с рвле прямого действия или с дешунтированпем элек-
тромагнита отключения, широко применяемые в городских
и сельскохозяйственных сетях, не могут использоваться
Применение электромагнитного привода требует постоянно
го плп выпрямленного оператинного напряжения. Чаще
Всего Дан этой цели используются выпрямительные блоки
питания мощностью около 1 кВт (БПТ-1002. БПН-1002,
БПНС 2) в сочетании с отдельной выпрямительной ус-
тановкой дая включения выключателя. Возможен ва-
риант с использованием небольших аккумуляторных ба-
тарей (шкафов ШУОТ) дая питания цепей защиты и
мошной выпрямительной установки для включения вы
ключателя. Однако схемы с выпрямительными блоками
питания показали себя более надежными и долговеч-
5.14. Особенности ныполненкя МТЗ в сетях 6 и 10 кВ
сельской электрификации
Основными трудностями при выполнении МТЗ в сетях
сельской электрификации до последнего времени явлняись
большая протяженность ВЛ 6 и 10 кВ, значительное число
ответвлений от ВЛ и малое сеченне провода, нередко
стального, на удаленных участках Это приводило к тому,
что уровень токов КЗ оказывался соизмеримым с уровнем
наибольших токов нагрузки на головных участках ВЛ. Дли
повышения надежности сети и облегчения выполнения то-
ковых защит пспольэовалось секционирование радиальных
разветвленных ВЛ.
В последние годы в связи с повышением требований к
надежности электроснабжения сельских потребителей рез-
не нэменвлись требования к проектированию сетей сель-
ской электрификации. Длина ВЛ 6 и 10 кВ непрерывно
уменьшается, а потребители I и 11 категорий (в основном
птицефабрики и крупные животноводческие комплексы)
получают питание от даух источников мощности, которыми
служат либо разные секции даухтрансформаторных пони-
жающих подстанций, либо разные подстанции 35—НО кВ,
Прн исчезновении питания от одного из источников на под-
станции осуществляется АВР. Широко применяется коль-
цевание рнциальных секционированных ВЛ 6 к 10 кВ с
213
установкой пункта сетевого АВР двустороннего действия,
На головных участках ВЛ зашита выполняется в виде
двухступенчатой МТЗ [2], Прп налой длине ВЛ проблемы
обеспечения чувствительности н селективности защиты
практически отсутствуют. Трудности возникают прп выборе
типов зашит Дая секционирующих выключателей ВЛ 6 и
10 кВ с сетевым резервированием [II, 39]. На этих выклю-
чателях могут устанавливаться Два комплекта МТЗ, при-
чем ввод н вывод из действия более чувствительного п бо-
лее быстродействующего комплекта осуществляется авто-
матически с помощью органа направления мощности либо
с помощью логических органов, реагирующих на исчезно-
вение и появление напряжения на шинах подстанции. Та-
кой способ реализован в устройства типа УПЗС [11],
Устройство состоит из двух транзисторных органов выдер-
жки времени и двухпоэиипоиного поляризованного реле.
Ойо работает в бестоковую паузу перед АВР за счет энер-
гии предварительно заряженных конденсаторов Возможен
вариант с дистанционной ненаправленной защитой с зави-
симой выдержкой времени (см. гл. 9).
В сетях сельской электрификации наибольшее рас-
пространение получили МТЗ на реле прямого действия
(РТМ, РТВ), а также на реле с зависимой вревятоковой
характеристикой. Во многих случаях возникают затрудне-
ния с согласованием МТЗ с зависимой хврактеристнкой
предохранителей, защищающих трансформаторы моншо-
стью 250 кВ-А и более.
Особенно сложные проблемы возникают в сетях, где
трансформаторы на понижающих подстанциях 35/6—10кВ
включаются через предохранители ПВТ (ПСН). В этих
случаях времятоконые характеристики МТЗ на вводах
в отходящих ВЛ 6 п 10 кВ должны согласовываться с
предохранителями как со стороны высшего напряже-
ния, так и понижающих трансформаторов 6 н 10 кВ. По-
этому защиты с нредохравителями ПВТ применя-
ются только для трансформаторов мощностью менее
В тех случаях, когда увеличение токов срабатывания и
времени действия МТЗ недопустимо, разрешается неселек-
тивное действие зашиты, исправляемое АПВ.
В сетях, питающих крупные животноводческие комп-
лексы, доля двигательной нагрузки практически такая же,
как ва промышленных предприятиях В среднем же двига-
тельная нагрузка в сетях сельской электрификации относи-
214
тельно невелика, и если нет конкретных данных о количе-
стве н мощности электродвигателей, то значения коэффи-
циента самозакуска при расчете токов срабатывания
защиты принимаются равными 1,1—1,2 при минимальном
времени срабатывания защиты 0,5 с.
Токовые отсечки в сетях сельской электрификации име-
ют, как правило, ограниченное применение, так как ени
должны отстраиваться от ближайшей к головному участку
ТП и суммарного броска намагничивающего тока транс-
форматоров всех ТП, питающихся по линии Возможно
применение неселективной токовой отсечки, отстроенной от
КЭ на стороне низшего напряжения трансформаторов ТП.
В этом случае неселекгннность при повреждении одного из
трансформаторов может быть исправлена в цикле АПВ
ВЛ, если ток срабатывания отсечки согласован С характе-
ристиками предохранителей, которые поэтому успеют по-
действовать одновременно с отключением ВЛ защитой
[Э91
В последние годы наряду с масляными выключателями
6 и 10 кВ, имеющими механический привод, применяются
вакуумные выключатели (типа ВВВ-Ю/320) с электромаг-
нитным приводом, питание которого осуществляется с по-
мощью встроенного блока пптания, включаемого на ’IT и
TH Встроенные блоки питания предусмотрены также в
ряде устройств зашиты ВЛ 6 н 10 кЬ [II], Комплект-
ное устройство защиты и автоматики типа ЯРЭ-2201,
рассчитанное на установку только и закрытых помещени-
ях. и сетях сельской электрификации пока не приме-
няется.
На закрытых подстанциях 10 кВ (ЗТП 10) использу-
ются ячейки типа КСО [11]. а также ячейки с выключате-
лями SC1-I0 (производство ГДР). В ячейках SCI-10
источником оперативного тока являются два ПНТ (си.
§ 44) ]40]. В комплект защиты Входят токовая отсечка
и МТЗ в трехрелейном исполнении, а также промеигуточ-
ное реле переменного тока и реле времени с микродвига-
телем Схема включения защиты, предназначенная для
работы я сетях с изолированной нейтралью, я том числе
и за трансформаторами со схемой соединения звезда —
звезда с нулем и треугольник — звезда с нулем, показана
на рис. 5.12 Число витков первичных обмоток ПНТ в
фазе Л вдвое больше, чем в фазе С, что обеспечивает, хотя
и с большим загрубленпем, работу защиты при КЗ за
трансформаторами, когда в фазах А и С проходят равные
215
Если не считаться с КЗ за трансформаторами, то чув-
ствительность ЭО можно повысить, использовав третью
первичную обмотку ПНТ, имеющую такое же число витков,
что и обмотка фазы С. Для этого следует соединить после-
довательно две первичные обмотки в фазе С, т е создать
схему ввлючеиця на разность фазных токов*. Ток срабаты-
вания ЭО в зависимости от вида КЗ будет измениться От
2 до 4 А. Время срабатывания МТЗ регулируется от 0.2 до
6 с. Перенапряжения ограничиваются на вторичной обмот-
ке TAL2 резистором R, а на вторичной обмотке ТЛИ — ее
дешунтированпем только при подключении электромагни-
та YAT.
6.15. Максимальные тоновые защиты радиальных ВЛ
35-220 кВ
станций выполняется в соответствии с приведенными выше
с независимой выдержкой времени.
В ряде энергосистем иа ВЛ и трансформаторах 35 кВ
применяются МТЗ типов МТЗ М п ТЗК с магнитными ТТ
типа ТВМ [5], причем модификация защиты типа ТЗК
(ТЗК-2) может включаться и на обычные ТТ, дня чего
предусматриваются специальные промежуточные транс-
форматоры тока. Питание защит осуществляется от кон-
денсаторной батареи, заряжаемой в нормальном режиме.
Для защиты от электромагнитных наводок связь между
магнитными ТТ и занштой осуществляется экранирован-
ным кабелем.
*=Ze. Граничными точками всех ВАХ присоединений
валяются (О, Е) и (1К,Ш, 0), где 1хт — разность фазных то-
ков поврежденных фаз при КЗ у шин подстанции, Предпо-
ложим, что известна ВАХ срабатывания защиты, показан-
ная в общем виде кривой 3 на рис. 6.1,6 и построенная в
тех же координатах, что н ВАХ присоединения. Точпя пе-
ресечения А и Б ВАХ защиты и присоединения характери-
зуют параметры срабатывания защиты при разных режи-
мах питающей подстанции. Если провести прямые 4 и 5
через начало координат и точки А и Б, то тангенс углов
их наклона а' п п” относительно осп /„ будет соответство-
вать отношению Ua и /о в точке срабатывания, т. е. полно-
му сопротивлению Z„ до места КЗ. Еслп через точку О' про-
вести ось, параллельную осп U„, то точки пересечения с ней
прямых 4 и 5 будут соответствовать сопротивлениям до ме-
ста срабатывания Z„ —Align'; Zo = Aftga" в максималь-
ном и минимальном режимах (.V — отрезок 00').
Следовательно, новая ось является осью полных сопро-
тивлений от места установки защиты до места КЗ. Сопро-
тивление срабатывания зашиты с ВАХ 3 по осн Z предстан-
ляет собой зону между Zn и Zn, н только при Zn<Zn за-
щита будет срабатывать во всех режимах, а при Zn>Zn—
не будет работать нн в одном.
6.2. Вольт-амперные характеристики нрнсоедянений
с односторонним нитаннем
OB no Дусе 43, При Za~r^‘Ja
219
: (1я—* соз 6+у sin 6; {/□-к зиг б—у соэ б), подставить эти эиаче- 9 = 0.5 arCIg [2ZS cos Лф/( 1 — Z?)] . (6.2)
г set ₽«) Все Аф= При ся во всех четырех квадрантах плоскости /я, С/,, однако пас икте- тот только его части, рассоложенные в I квадранте (рис. 63,6) эллипсы пересекают осп /я н U„ н точках ((в.ш. 0) н (0. Z). При эллипса. При Дгр-О эллипс в соответствия с (6.1) вырождается в прямые Ua = ^E—]„Za Интересующая аас пряная Ua=E—/nZe. Ze-1 (в относительных единицах) 6-45е, ордината £ равна абс- Если утлы снежных присоединений. имеющих сопротивления 2а| и
«р, Пре отличаются иеаивчнтельно, то погрешность, вводимая неучеток |ииы углов Zdl и Zss, невелпка. При большой разнице утлое (напри- . трансформатор в кабельная линия) этот факт следует учнндэатъ. дположнм, что участок, сопротивление которого имеет угол <Pat. Pi Тогда при динжеиин точки КЗ от шин до хоипа этого участие С. описывается уравнением {6.1) Прн КЗ в конце этого участки :а перегиба ВАХ) ;„,=£/(*,/| + 2|> сов Дф,+Н; 1 <6Э) ИВ1 -- ре / у | + 4) сое Аф, + р« 1
ПИЯ ZD, (рис 63,а), то ВАХ можег быть построена в соответствии с
220
pc ?•’
векторной диаграммой рис. 63,0. Принял ф*—Фвэ"Аф»: Фв1—Фае*
“Дфц, получим уравнения ВАХ для КЗ па присоединении ZnJ
</’ + /’ Zc (I + 20 cos Дфх — 20 cos Дфх cos AifJ +
<Лф Vl/J/;’-p2^sina йф12-
(64)
Волее частой причиной неравноиерноств ВАХ прнсоеданендя алля-
ется ппрпллелэллл соединение ВЛ пли трансформаторов На рнс. 64,о
прянедепа расчетная схема. Прехполалиш, что углы сопротквненвй л
параллельно работающих присоединений, в также результирующего
присоединения с сопротивлением Zia одинаковы. При КЗ в пределах
параллельных присоединений результирующее сопротивление 2т будет
(6.5)
т. е. при а=0 ZB—0; при а = | Z0=Znl/n. Ток поврежденного Прпсое.
дняенпя /п но отношение к полному тоху КЗ /в составит
(о -/п(л-ап + а)/п. (в.«)
При а—0 /а =/, а при а-1 /и=1н/л На неповрежденных парал'
лельных присоединениях ток /П ори движения точка КЗ от шнп к кои.
пу параллельного присоединения изменяется и соотнутстннн с вираже-
При Za>Zai/n, т.е ори КЗ за
уравнение (б 1) имеет вид
(8.7)
(в. в)
221
а) В) Ayu bi
Рис. 6.4. Расчетная схема (а) я BAX л параллельных присоединений
На рис 6.4,6 показано семейство ВАХ для параллельных нрясое-
дипений с сопротивлением Zai при л-2 Характеристике имеют точку
дого из параллельных присоединений Zai-0, то ВАХ была бы такой
(л-2) меньшими (см. пунктирные линки яа рис 6.4.6) При конечном
Zi>, ВАХ прн КЗ на одном на параллельных присоединений находится
подстановкой (6.1) я (6.6). причем 0c^aIX<2ni/2 при п—2. На иепоа-
соединения еслп КЗ находится яа удаленном участке н точка перегиба
у них общая При ВАХ неповрежденного присоединения мож-
но найти, еслп а выражение (6 7) подставить /й по (6 1).
Таким образом, обитая ВАХ параллельных присоединений имеет две
режденного (семейство 2 па рис 6.4,6) присоединений. При л-2 ха-
рактеристика для Ь/2 иоказакая пунктиром, имеет вбсдпссы, рапные
полусумме токов 1~ п /0, а при произвольном a la=Iп + (п—j) tn ,
При КЗ с дугой и месте повреждения ВАХ присоединения могут
быть построены, если а расчетную схему свести дополнительный нели-
нейный резистор (рис 6.5,л), напряжение па котором Ua поддержива-
ется неизменным по амплитуде независимо от тока )п Если не учиты.
женне Us синусоидальным, неизменным по амплитуде п совпадающим
ио «разе с током Уравнение ВАХ одиночного присоединения при ие-
(6.9)
222
6,3. Вольт-амперные характеристики устройств релейной
защиты и блоков питания и их согласование
Так как ВАХ присоединений строятся для разности фаз-
ных токон и линейных напряжений, то в соотнетствующих
координатах должны браться и параметры срабатывания
защит и характеристики блоков питания. Поэтому при по-
строении ВАХ зашит и блоков питания необходимо учиты-
вать схему включения ТТ и TH введением коэффициента
схемы kctl как н при выборе уставок защиты. На рис. 6.7
принедены ВАХ токовых защит (а), токовых защит с пус-
ком минимального напряжения (б), дистанционных защит
с ИО полного сопротивления (а) и выпрямительных бло-
Проведем сравнительный анализ эон действия МТЗ,
МТЗ с пуском минимального напряжения н дистанционной
защиты с ИО полного сопротикленпя на вольт-амперной
плоскости. На рис. 6.8, а, показаны ВАХ защищаемого чрк-
соединения при максимальном I и минимальном /7 режн-
224
мах, упрощенные характеристики нагрузки, точка I для
Жального режима, точка 2 для режима самоэаиуска,
МТЗ III и ВАХ защиты с пуском по напряжению IV.
Ток срабатывания МТЗ /сщ должен быть отстроен от тока
самозапуска в максимальном режиме (абсцисса точки 2).
В минимальном режиме эона действия МТЗ Zcinmi» может
быть найдена по точке пересечения ВАХ П н ВАХ III (точ-
ка 3). При использовании МТЗ с пуском по напряжению
ток срабатывания отстраивается от тока нагрузки в нор-
мальном режиме (абсцисса точки /), а наиряжемие сраба-
тывания от минимального напряжения в месте установил
МТЗ н режиме самоэаиуска нагрузки (ордината точки 2).
Характеристика срабатывания защиты пересекает ВАХ
присоединения в точклх 4 и 4'. Наименьшая зона действия
защиты будет в максимальном режиме (Zctvmin), причем
определяющим является напряжение срабатывании за-
Наибольший окват Zcv будет иметь дистанционная за-
щита (ВАХ V), нрнчеи отсутствует зависимость зоны ее
срабатывания от режима питающей подстанции.
Вторым примером анализа является иостроение ВАХ
комбинированной отсечки по току и напряжению для ко-
ротких ВЛ, работающих в блоке с трансформатором. На
рис. 6.6, б показаны ВАХ защищаемого присоединения в
максимальном / и минимальном II режимах, а также ВАХ
комбинированной отсечки по току п напряжению ill и
(5—мо
225
226
построение для реле с зависимой нремятоковой характери-
стикой. Абсцисса характеристики с помощью ВАХ I и II
преобразуется в сопротивления на оси Zn, а ордината без
изменений переносится на клоскость Z, t. Таким образом, в
плоскости Z, i времятоконая характеристика преобразуется
в область с зависимой характеристикой Z(Zn) Интересно
отметить, что кривизна характеристики f(Z0) отлична от
кривизны исходной характеристики <(/п). На рис. 6.9,6
приведены некоторые характерные примеры. При линейной
времятоковой характеристике (например, устройства ТЗВР)
скорость нарастания выдержки времени ирц увеличении
падает (кривая I). При характеристике типа 1=А/1 харак-
теристика /(Z) близка к линейной (криван 2), а при ха-
рактеристике (=А//а — к параболе (кривая 3). Поскольку
н зависимой части характеристика !=А/{1°^—1) близка
к характеристике t=All2, то а осях Z, ! она близка к ха-
рактеристике 3.
Применение ВАХ дает возможность оценить надежность
иитания Оперативных ueueii от комбиниронанных выпрями,
тельных блоков (ВПК). На рис. 6.10 ловазвиы примеры
пронерки надежности нитання на одиночных и параллель-
Ри. в.11. Совмешенае SAX
нцях до места КЗ иеньшвх, чем Zni.
Согласование защит смежных присоединений может
проводиться с помощью совмещенных ВАХ присоедвнений.
На рис, 6 11 показаны ВАХ предыдущего (/ и II) и после-
дующего присоединений. Сопротивление нервого присоеди-
нения Zn, расположено между нулевыми точкам» О' и О"
осей сопротивления обоих присоединений. Предельные токи
при КЗ на шинах между двумя присоединениями могут
быть получены как абсциссы точек иересечения примой ОО"
228
6.4. Использование ВАХ для аиклиза фильтровых
229
как при принятом допущения
U«a поддерживается непзиеияым при изменении z| о. Поскольку все
алементы схемы линейны, а углы сопротивлений равны, то ВАХ Ua^
*»/(7п0) для огни подстанции Л является пряной линией Найдем точки
Пересечения ВАХ с осями Uea и /ао. При отсутствии обходной связи
230
ующне Zin
ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАШИТЫ
7.1. Назначение токовых направленных зашит
Максимальные токовые направленные зашиты исполь.
зуются, как правило, для защиты линий и позволяют осу-
ществить достаточно быстрое и селективное отключение по-
вреждений в сетях с двусторонним питанием, кольцевых се-
тях с одним источником питании и некоторых других сетях,
где ненаправленные МТЗ не обеспечивают селективную лик-
видацию повреждения. Как правило, применение органов
направленна мощности позволяет выполнить дне системы
МТЗ, каждая из которых приходит в действие только при
одном из направлений мощности КЗ. Реле направления
мощности могут включаться как на полные токи и напряже-
ния, так >1 на токи п напряжения отдельных симметричных
составляющих Реле, включаемые на полные токи и напря-
жения, могут выполняться одноэлементными или многбэле-
иентнымп и должны срабатывать ирп направлении мощно-
сти КЗ от источника к месту повреждения. Использование
симметричных составляющих позволяет выполнить односи-
стемиые органы направления мощности. Составляющие об-
ратной последовательности появляются при всех несиммет-
ричных КЗ, в составляющие нулевой последовательности —
только при КЗ на землю, В то время как напряжение пря-
мой последовательности в месте КЗ минимально, а мощ-
ность направлена от источника к месту повреждения, на-
пряжения обратной п нулевой последовательностей в месте
231
и напряжения или токи н на.
пряжения прямой последо-
лц реле установлено на линии, отходящей от мощной под*
станции (с малым сопротикленлем источника мощности).
Последнее наглядно вияно нз эпюр напряжений прямой,
обратной п нулевой последовательностей, приведенный на
рис. 7.1. Особенностью составляющих обратной и кулевой
последовательностей является относительно малый диапа*
7.2. Токовые направленные защиты от междуфаэных КЗ
В токовых иаираклениых защитах от междуфаэных КЗ
используются, как правило, органы направления мощно-
сти, включаемые на полные токи и напряжения. Если реле
направления мощности включить на линейные напряжения
н соответствующие разности фазных токов, то при близких
междуфаэных КЗ, когда линейное напряжение поврежден-
ных фаз мало, реле может не сработать («мертвая» эона
реле). Кроме того, понадобились бы три реле направления
мощности Поэтому в направленных МТЗ используются ис-
кусственные схемы, в которых поляризующей величиной
выбираются линейные напряжения, связанные с неповреж-
денной фазой При таких схемах «мертвая» зова воявля-
232
срабатывание реле иапранленпя мощности, включенного nd
90-градусной схеме, при некоторых двухфазных КЗ за
трансформаторами с группой соединения звезда—тре-
угольник, когда имеет место неблагоприятное сочетание
фаз тока и напряжения [1],
Структурная схема направленной токовой зашиты с дву-
мя однофазными ИО направления мощности (например,
типа РМ-11 илн РЬМ-17!), включенными по 90 градусной
схеме, показана на рис. 7J2. Включение ИО тока АЛ и со-
ответствующих ИО направлении мощности KW по схеме И
предотвращает возможные излишние срабатывании, если
233
ИО тока отстроены от максимального тока нагрузки, ире-
ходящего по неповрежденной фазе. Эта схема используется
в сетах с малым током замыкания на землю, а в сетях с
большим током замыкания на землю ока, как правило, дол-
жна быть дополнена направленной токовой зашитой нуле-
вой последовательности.
При выборе тока срабатывания направленной макси-
мальной токовой защиты необходимо отстраиваться от наи-
большего тока нагрузкп, проходящего в сторону защищае-
мого присоединения, и от наибольшего тока нагрузки, кото-
рый может проходить по неповрежденным фазам при
несимметричных КЗ. Если на присоединении приходит в дей-
ствие токовая направленная защита нулевой последователь,
ности, то возможно выполнение запрета дейстния токовой
защиты от междуфаэных КЗ при появлении токов нулевой
последовательности В Этом случае можно не отстраиваться
от тока неповрежденных фаз при однофазных КЗ [1].
Согласование токов срабатывания п ныдержек времени
для каждой пэ систем направленных токовых зашит, при-
ходящих в действие ирн одном направлении мощности КЗ,
выполняется так же, как для ненаправленных МТЗ.
Однако в сетях сложной конфигурации с большим чис-
лом питающих подстанций согласование токов срабатыва-
ния вызывает серьезные трудности, что ограничивает об-
ласть применения токовых направленных зашит [1].
Времятоковые характеристпки максимальных реле тока
направленных защит могут быть как незанисимымн, так и
зависимыми или ограниченно эанисимыми. Выбор этих ха.
рактеристик пропзводитсн так же, как н в обычных токо-
ных защитах
Необходимо отмстить, что создание двух независимо
согласуемых систем направленных токовых защит невозмож-
но в кольцевых сетях с днумя и более источниками мощно-
сти, а также в кольцевых сетях с одним источником мощно-
сти и диагональными связями между питаемыми подстан.
циямн [I], поскольку в таких сетях последовательность
смежных участков с одинаковым направлением мощности
КЗ может изменяться в зависимости от места повреждения,
На линиях 6 и 10 кВ с пунктами секционирования, как
было упомянуто в гл 4, используются МТЗ с изменением
тока срабатывания и выдержки времени в зависимости от
того, осуществляется ли питание от осноаного или резерв-
ного источника На рпс 7 3 показана структурная схема за-
щиты типа ЛТЭ таких ВЛ, в которой автоматическое из.
234
менение параметров МТЗ осуществляется с помощью ИО
направления мощности X®7. Если ИО направления мощно-
сти не работает, то работает тракт зашпты с ИО тока ХД/
и органом выдержки времени КТ/. При срабатывании из-
мерительного органа Ки7 работают ИО тока КА2 и орган
выдержки времени КТ2.
Направленная токовая зашита может использоваться на
приемных концах параллельных линий. При КЗ на одной
из них соответствующая направленная защита обеспечит
быстрое отключение поврежденной линии со стороны при-
емной подстанции, а затем МТЗ отзлючит линию и со
стороны питания. Если КЗ произойдет вблизи питающей иод-
станиян, то направленная защита будет действовать кас-
кадно, так как до отключения питающего конца поврежден-
ной линии ток на ее ириемяом конце может быть неболь-
шим. Это увеличит общее время отключения,КЗ и должно
учитываться при выборе уставок защит питающих элемен-
тов путем некоторого увеличения ступени селективности
Направленные защиты н городских кабельных сетях вы-
полняются обычно на переменном оперативном токе. В ка-
честве пусковых реле рекомендуется устанавливать реле
серая РТ-80. так как при этом не требуется реле времени и
может быть использована отсечка, мгновенно действующая
ирн близких КЗ [39].
При выполнении направленных тОконых защит линий не-
обходимо считаться с возможностью отказа органа направ-
ления мощности при близких трехфазных КЗ («мертвая»
вона). Длпна «мертвой» зоны зависит от чувствительности
и типа ИО направления мощности, тока КЗ и параметров
защищаемого присоединения.
235
согласования по напряжению имеет смысл только для трех-
фазных КЗ, Однако по мере приближения к источнику мощ-
ности линейные напряжения растут, и поэтому коэффици-
ТА. Токовые направленные защиты от КЗ не землю
в сетях 110—220 кВ
Тоновые направленные защиты нулевой последователь-
ности (ТНЭНП) в сетях 110—220 кВ выполняются, хак пра-
вило, многоступенчатыми с независимыми выдержками вре-
мени в каждой ступени. Органы направления выполняют-
ся общими для всех ступеней защиты. Как упоминалось в
$ 6.4, в сетях 110—220 кВ, где однофазное АПВ (ОАПВ)
обычно не используется, угол между напряжениями к тока-
ми нулевой последовательности остается приблизительно
постоянным независимо от места н вида КЗ. При КЗ в зо-
не действия защиты вектор тока /о опережает вектор нап-
ряжения Uo на угол 180°—9, а при КЗ со стороны питаю-
щей подстанции— отстает на угол <р {рис. 7.4), где <р —угол
сопротивления нулевой последовательности, составляющий
в сетях 110—220 кВ 70—80°. Поэтому ИО направления
мощности нулевой последовательности должен иметь угол
максимальной чувствительности ф„,,, близкий к <р (вектор
тока отстает от вектора напряжения). Для ТНЗНП исполь-
зуются индукционные реле направления мощности ткоов
рБМ-177, РБМ-178 или полупроводниковые реле типа РМ.
КЗ
237
мальном токе срабатывания защиты Itpmtn надежно сра-
ботал блокирующий НО направления мощности. Это обес-
печивается, если /слп<я>*отоЛ а и /cam(-(Zne+Z«) >
^feOTCOeo, где йОто — коэффициент отстройки; /с.а, Voa—
ток и напряженке срабатывания блокирующего ИО направ-
ления мощности. На вольт-амперной плоскости (рис. 7.5,6}
При недовключенин фазы на одиночной ВЛ источник
несимметрии на схеме замещения 1>ор включается последо-
вательно с сопротивлениями схемы (рис 7.6,6}. Эпюры то-
ков а напряжений для этого случая таковы, что на конце
Б соотношения между токамп п напряжениями такие же.
как а при КЗ на защищаемой ВЛ, а ва конце А меняются
направления векторов и тока, и напряжения н, следователь-
но, защита также будет действовать на отключение. Если
недовключенне фазы имеет место на параллельной ВЛ
(рис. 7.6, в), то направление тока нулевой (обратной) по-
следовательности на неповрежденной ВЛ противоположно
току поврежденной ВЛ. Так как напряжения, подаваемые
нв защиты обеих ВЛ. одинаковы, то оба комплекта непов-
режденной ВЛ действуют на блокировку отключения (ис>
236
2зе
& t- л нэ
z? 4 11
точник несямметрин — вне зоны обоих комплектов защиты-).
При включении с одного конца ВЛ с трансформатора-
ми упрощенных подстанций на ответвлениях возникает апе-
риодический или периодический бросок намагничивающего
тока (БИТ) трансформаторов, суммарное значение которо-
го может быть достаточным иля действия токовых направ-
240
ности включения контактов выключателя (гл. 12). а затем
в течение времени, определяемого постоянной времени се-
ти, имеется только затухающая апериодическая составляю-
щая 1о-
Следовательно, обе причины возникновения несиммет-
рив защищаемой ВЛ могут вызвать излишнее срабатыва-
ние толыю быстродействующих ступеней защиты, т. е. 1 и
ускоряемых II или III,
Отстройка от разновременности включения контактов
выключателя может осуществляться лпбо по току, либо по
времени. Отстройке ТНЭНП от БИТ трансформаторов при
включении многокоицевой ВЛ с одного конца может вы-
полняться методами, применяемыми в дифференциальных
защитах трансформаторов (си. гл. 11).
В качестве примера современной ТНЗНП аа ряс. 7.7
прнаедеиа упрощенвая структурная схема четырехступен-
чатой токовой защиты на микроэлектронной элементной
базе, входящей в состав шкафа ШДЭ 2801 [51]. В защите
предусмотрено два ИО направления мощности — разреши-
юшвй Kwl и блокирующий KW2. Первая к вторая ступени
ffl—S60 241
242
В сетях 6 и 10 кВ. выполняемых обычно радиальными,
направленные токовые защиты используются иля защиты
параллельных кабельных линий со стороны приемных под-
станций и иля защиты ВЛ сельской электрификации с се-
тевым резервированием. Применение направленных токо-
вых защит параллельных кабельных линий является лишь
одним из возможных решений. Для этой цели могут уста-
навливаться п поперечные дифференциальные защиты
(гл. 8), Однако преимуществом направленной защиты яв-
ляется возможность ее использования при числе параллель-
ных лнннй больше двух, а также при включении линий на
отдельные секции, которые могут работать либо раздельно,
либо совместно.
243
Направленная токовая защите в дяухрелейном исполне-
нии широко применяется в сетях 35 кВ с каусторонним пи-
танием в качестве основной защиты ВЛ, в токовая отсеч-
ка—в качестве допнквительной зашиты этих ВЛ, Защита
выполняется с независимой выдержкой времени и может
использоваться как с переменным, так н с постоянным опе-
ративным током в зависимости от мощности н ответствен-
ности подстзшши. Для этих целей на ЧЭАЭ выпускаются
комплектные устройства одноступенчатой направленной то-
ковой защиты КЗ-14 на постоянном оперативном токе и
КЗ-38 на переменном оперативном тоне в двухфазном двух,
релейном исполнении с одной выдержкой времени. С пх по-
мощью и с помощью других типов комплектных устройств
серин КЗ можно выполнять ступенчатые защиты ВЛ.
В сетях напряженней выше ПО кВ с глухозаземленной
нейтралью основными защитами от однофазных КЗ в СССР
приняты в настоящее время направленные токовые заши-
ты нулевой последовательности На ВЛ, имеющих питание
с двух н более сторон, защиты выполняются четырехступен-
чатыми (панели ЭПЗ-1636, шкаф ШДЭ-2801), на нетуин-
ковых ВЛ 110—220 кВ с односторонним питанием — трех-
ступенчатымн (комплект защиты типа КЗ-15), а на тупи-
ковых ВЛ 110—220 кВ —двухступенчатыми. Первые ступени
защит предназначены в основном для работы при КЗ
на защищаемой ВЛ пли Шивах приемной подстанции, а по-
следняя Ступень — для дальнего резервирования [50].
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ, ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ
8.1. Виды дифференциальных токовых защит
Дифефренцнальвые токовые защиты линий обладают
абсолютной селективностью и позволяют отключать по-
врежденные линии без выдержки времени, Дифференци-
альные токовые защиты могут выполняться продольны-
ми— со сравнением токов по концам линии, или попереч-
ными— со сравнением токов в двух, а иногда и более
параллельных линиях. Продольные дифференциальные то-
новые защиты требуют выполнения канала связи между
концами линии. Защиты с высокочастотными и радиокана-
ламп, как правило, выполняются со сравнением фаз токов
244
по концам лнини, и поэтому под продольными дифференци-
альными токовыми защитами понимают обычно защиты п
проводным каналом между поицаыи линий —вспомога-
тельными проводами (ВП). Поперечные дифференциаль-
ные защиты используют токи линий, ОТХОДЯЩИХ от одной
подстанции, п, следовательно, не нуждаются в дополни-
тельных каналах саяэи.
8Х Продольные дифференциальные тоновые защиты линяй
По ВП могут передаваться на противоположный конец
линии иля сравнения либо полные токи, либо их симмет-
ричные составляющие. Так как пля передачи полных то-
ков необходимо три (в сетях с малым током замыкания на
землю) нки четыре провода, то обычно используется прил-
ива сравнении комбинации симметричных составляющих
тока. Наарниер, в серийно выпускаемой в настоящее вре-
мя продольной дифференциальной токовой защите типа
ДЗЛ-2 сравниваются токи, пропорциональные токам пря-
мой и обраткой последовательностей ио концам линки /,—
hit- С этой целью используются комбинированные фильт-
ры симметричных составляющих плн различные сумми-
рующие трансформаторы. Для защиты со сравнением
симметричных составляющих требуется лишь одна пара
проводов.
Наличие относительно длинного проводного наняла
связи, по которому проходят токи промышленной частоты,
вызывает необходимость учета ряда фвктороз:
провода обладают существенными сопротивлениями
жил н емкостью между ними, что проводит к возникнове-
нию условий, резко отличных от условий, хараитерпмх пля
продольных дифференциальных защит трансформаторов,
генераторов. Шин и т. д.:
уровень напряжения на ВП не должен превосходить
долустноый при предельных кратностях тока КЗ, что а ря-
де случаев ограничивает возможности выполнения чувст-
вительной защиты;
большая протяженность проводного канала цовышает
вероятность его повреждения, что может вызвать излит
нее срабатывание или отказ в срабатывании продольной
дифференкввльвой зашиты;
прохождение проводного кввала по одной трассе с за-
щищаемой линией может привести к появлению наведен-
ных предельных ЭДС а жилок кабели при дяойиых гамъг-
245
маниях на землю в сетях с изолированной нейтралью и при
КЗ па землю в сетях с глухоэаземленвой нейтралью.
Продольная дифференциальная токовая зашита с ВП
может выполняться по схеме кая с циркулирующими то-
ками, так и с равновесием напряжений. Схема замещения
продольной дифференциальной защиты с циркуляцией то-
ков показана на рис. 8 1 Фильтры симметричных со-
ставляющих введены в схему своими ЭДС £ф, и £фг и вну-
тренними сопротивлениями 2Ф( и гф2, а ВП —Т-образными
схемами замещения половин длины ВП. Так как ВП под-
ключаются к защите через изолирующие трансформаторы
(ИТ), в схеме замещения исиольэуютси приведенные па-
раметры Rn и С„. Измерительные органы защиты пред-
ставлены на схеме как рабочие обмотки электромагнитного
реле (или первичные обмотки промежуточного трансфор-
матора рабочей цепи полупроводниковых устройств) uiP1
и wf3 п тормозные обмотки и и>тг. В нормальном режи-
ме пли при сквозном КЗ £ф, и Е.Ц идеальной схемы рав-
ны между собой н направлены одинаково. Под их воздей-
ствием по ВП циркулирует ток. При Rn=0 и Со— 0 (пли
2®3>Rn; Сп-»0) и по лностью симметричной схеме защита
со схемой замещения, показанной на рис. 8 1,о, является
обычной дифференциальной токовой зашитой п ток в об-
гоне действия защиты в них проходит по половине диффе-
ренциального тока, который вызывает срабатывание ИО.
Наличие ВП существенно нарушает равновесие в схе-
ме рис. 8 1, а. В рабочих обмотках <ср1 и Шю при внешних
КЗ всегда будут проходить токи за счет неодинаковости
сопротивлений между этими обмотками и источниками
ЭДС £ф| и £Ф2 Поэтому в продольных дифференциальных
токовых защитах ИО снабжаются тормозными органами,
которые компенсируют наличие упомянутой выше несим-
метрик, а также погрешности T*f. Существенное влияние
ВП оказывают и па чувствительность защиты.
Для получения хороших характеристик зашиты необхо-
димо, чтобы активное сопротивление ВП было ио возмож-
ности меньше остальных сопротивлений схемы, а емкост-
ное— больше. Поскольку обычво определяющими являют-
ся используемые ИО, то сопротивление и емкость ВП
могут быть согласованы с сопротивлением ИО выбором ко-
зффинкента трансформации трансформаторов схемы, в том
числе НТ. Изолирующий трансформатор одновременно
246
предохраняет схему защиты от перенапряжений, вызывае-
мых продольными ЭДС, наведенными токами нулевой по-
следовательности линии.
Следует отметить, что введение ИТ с результирующем
коэффициентом трансформанки п уменьшает приведенное
к стороне ИО сопротивление ВП в 'i! раз. но одновремен-
но и увеличивает в п2 раз приведенную емкость между жи-
лами каболи, а следовательно, и шунтирующее действие
ВП. Поэтому при реальных соотношениях между сопро-
тивлениями схемы н сопротивлением и емкостью ВП доля
последних достаточно велика даже при относительно не-
большой длине защищаемой линии, необходимо, кроме
того, считаться с потерями мощности в ИТ.
Для предотвращения появления при больших токах КЗ
высоких напряжений на ИО и ВП в устройстве защиты
247
применяют ограничивающие нелинейные елементы, в ка-
V
249
определяется расчетный коэффициентом Л из (8 IJ. определяющим по*
грешности ТТ и фильтров на одном из концов ВЛ при отсутствии та*
ном нэ концов линии, равной |С %, в угловой 7°, значения Л прнниыа*
ютси равными —0,9+( 0,1 или —1Л+/ 0,1 в зависимости от того, на
каком конце ВЛ ТТ работают с погрешностью Если в зашпте нсполь-
эуетсн ограничение ЭДС фи-тира Е<. то в идеальном случае И|-1,
аывать увеличение zB при КЗ ко защищаемой лчянн. В какой-то стс-
сиойствам а дифференциально фазным аашнтам Отклонение ZB от
Да я зависит от длины ВП. Чем опа больше, тем больше следует брать
Лота. При срабатывании зашиты /гЛ,— concl прямые 2 к 4 ня
рис. 8,(,а). В вдеальнои реле 1 (си, прямую /) При ИО, имеющая
конечную чувствительность по току, характеристики 2 а 3 начинаются
не от нуля, а от некоторого аквчекия тока тем меньшего, чем чувстви-
тельнее ИО,
Большак область блокировки, обусловленная характеристикой ИО
полного сопрОгнвления Да, приводит н тому, что при большой длине
лвиви, когда вектор сопротивлении ZBlU становится близким ио модулю
вектору X. з |62), выполнение продольной дифференциальной зашиты
становится невозможным На рнс. 8 2 я показаны кривые изменения
векторов Д«,в a Za, при увеличении длины ливни I Предельные точки
соответствуют («60 км Из рнс. 8 2, а хорошо видно, что пспользовавке
ИО полного сопротивлении (характеристика I) приводит к резкому ог-
тнкой, показанной а виде окружности 2 на рос. 8.2.0, то область ис-
пользования продольной дифференциальной защиты может быть суще-
ственно расширена. Этот вывод, по видимому, опровергает утверждение
(52] о том, что параметры защиты де зависят от построении ее схемы, а
определяются только ВП. Характеристику 2 можно получить в соответ*
стйЪх с принципами иостроення ИО сопротивления, рассмотренными в
гл, j. Дли схемы сравнения по абсолютным значе|пзям справедливо вы-
разХаине |£с г —ZBl, I >Ztc7, где |20, |. Введенпе коэффици-
ента йоте обеспечивает отстройку от погрешностей ТТ. аналогичную при*
l^l-'«£ll.l>l*OTeS.K'n.h IM
Одна из возможных схем реализующих этот способ, поиаааиа на
рно. ВД, б. В ней используется промежуточный ТТ, с помощью которого
250
V
iia модели сопротивления Z^Zsr выделяется напряжение /aiZDlB, в
веигор напряжения ян яряктятески аеяпсружениоЛ обмотке прозор-
сновален tui Схема, показанная на ряс. 82,6, является одпой из раз.
новндностей схем с комнеясадней влияния ВП Переход от характерно,
тики по выражеаак (8.3) к зависимости между токами но концам за*
шншаемой ВЛ. как н в предыдущем случае, будет определиться только
соотношением Z, я Zt,p. Поэтому идеальные характеристики защиты
в осях /(, останутся примерно такими же, как в для ИО полного
тыкания при отсутствии токов на Противоположном коксе будут боль,
ше из-за увеличенного совротпиленоя ВП.
Физический смысл работы ИО, показанного на рис. 8.2,6, эаклю-
близкое к приведенному напряжению в середине ВП. Прз внешних КЗ
это напряжение близко к яулто п НО не работают Прв КЗ на звв^авае-
мой линии напряжение в середине ВП отлично от нуля и защита сраба-
пптаяин), на котором Ед=0 Это хорсяио видно и но выражение (83),
которое удовлетворяется яря 1/а,=0, поскольку До„<).
Возможна схема ИО. в которой нри внешнем КЗ комнсиспруется
ток ВП Схема показана на рис 8 3, о Если сопротивление компен
саснн 2.<lHn = Za я, то яри внешних КЗ результирующая МДС первич-
ных обмоток Промежуточного ТТ близка к нулю, а тормозной ток оп-
ределяется В,|. Z,„, п Следовательно, tp^kfUsIZ^a—k.UalZa, а
].=h9Va/Z,,et,a-TkiVa/Za Если принять то усхевие срабатыва-
иня ИО
5»м0Рв|
251
(8.4J
8.4. Контроль исправности ВП
Работа продольной дифференциальной защиты в боль-
шой стеиени зависит от исправности ВП. Обрыв ВП может
привести к излишнему срабатыванию защиты с циркуля-
цией токов и отказу в срабатывании защиты с равновеси-
ем напряжений. Замыкание между жалами, наоборот, при-
водит к отказу защиты с циркуляцией токов и излишнему
срабатыванию защиты с равновесием напряжений. Опас-
ность представляют также и замыканпя ва землю ВП, ес-
ли есть наведенные ЭДС от токов нулевой последователь-
ности защищаемой линии. Если замыкание на землю
одной из жил отсутствует, то в симметричной паре выход-
ные зажимы являются практически эквипотенциальными
и следовательно, ток в схеме защиты под действием про-
дольных ЭДС отсутствует. При замыкании на землю од-
ной из жил симметрия нарушается п на выходных зажи-
мах ВП появляются напряжение и ток, определяемые
емкостями схемы, что может привести к излишнему сраба-
тыванию ИО. Кроме того, наличие одного замыкания на
землю увеличивает опасность пробоя изоляции в другой
точка т.од действием ваведекиых продольных ЭДС.
Контроль исправности ВП является, таким образом,
обязательным условием применения продольных диффе-
ренциальных защит. Наибольшее распространение пелучн-
ла схема контроля с наложением постоянного тона, дли-
тельно циркулирующего по ВП. Упрощенная схема орта-
253
252
низании контроля
ВП показана на
мя секциями вторич-
ных обмоток изоли-
рующих трансформа-
торов TVU и TVL2
включены конденса-
торы, которые пред-
ставляют собой от-
носительно неболь-
шие сопротивления
для циркулирующе-
го переменного тока, но эквивалентны разрывам для уста-
новившегося постоянного тока контроля, создаваемого ис-
точником напряжения Уи с внутренним сопротивлением R.
При обрыве ЙП ток контроля исчезает в обоях реле кон-
троля KL1 и K.L2 и при их возврате замыкаются размыка-
ющие контакты При КЗ вспомогательных проводов ток
пропадает в реле KL2, а в реле KL1 увеличивается. Одна-
8.5. Продольные дифференциальные защиты
типов ДЗЛ-2 н ДЭЛ-1М
В настоящее время в СССР серийно выпускается за-
щита типа ДЭЛ 2, предназначенная для ВЛ 35—220 кВ
длиной до 20 км. Принципиальная схема защиты показана
на рис 8 6. Защита выполнена на электромеханической
влементной базе. На входе зашиты применены комбиниро-
ванные фильтры Ii—k/г (Ф на рис. 8.6), выполненные с
живаться на уровне, в 8—9 раз меньшем. Поэтому ИО
подключаются на ответвление от вторичной обмотки
TVLI. Когда наступает стабкаиэация, защита начинает
работать в режиме, близком к режиму сравнения фаз то-
ков. Однако в схеме TVL1 не приняты меры к поддержа-
нию фазы напряжения и в режвме стабилизации, как это
сделано, например, в дифференциально-фазных высокоча-
стотных защитах (ДФЗ) с помощью простейших ЯС-нон-
туров. Поэтому параметры защиты типа ДЗЛ-2 выбраны
с таким расчетом, чтобы непдентичность параметров TVL1
и стабилизаторов не приводила к ложному срабатыванию
защиты при внешних КЗ.
Защита выполнена с циркуляцией токов, а ее ИО яв-
ляется поляризованное реле KL1 типа РП-7 с мощностью
срабатывания около 5 мВт. Обмогви реле включены через
выпрямительные мосты КЗ/ ц VS2: рабочая KLlf — на
приведенное нащ>яжение а тормозная K.LI,— на приве-
денный ток ВП. Если бы ИО вмел очень малый ток точной
работы, то он представлял бы собой ИО максимального
сопротивления с уставкой около 140 Ом (шр^ИООО. Rt=
— 12500м, щ,= 1200, Я»=72 0и). Для сравнении можно
отметить, что наибольшее приведенное сопротивление по-
ловины ВП составляет при коэффициенте трансформации
255
254
иэелврующего трансформатора TVL2, равном 3. около
700/9®:77 Ом. Можно отметить также, что приве-
денное сопротивление фильтра Ir—kli при ковффшшенте
трансформакаи TVL1, равном 23, составляет не менее
200 Ом и около 100 Ом составляет сопротивление обмоток,
вилючеиных ва мост VS1. Так как ограничение тока ИО
наступает при токе, меньшем действительного тока надеж-
ной работы ИО полного сопротивления, то характеристики
защиты /ща=1 (^) п /ас,з=/(Л) не являются прямыми ли-
ниями даже при больших токах КЗ. Очень важным свой-
ством защиты типа ДЗЛ-2 является то. что при односто-
роннем питании срабатывание защиты имеет место на обоих
концах линии, так как внутреннее сопротивление защи-
ты, измеренное со стороны изолирующего трансформатора
TVL2, превышает сопротивление срабатывания ИО, Для
уменьшения потерь на намагничивание в трансформаторе
TVL2 параллельно его первичной обмотке включен конден-
сатор С].
Ток срабатывания защиты типа ДЗЛ-2 зависит от вика
КЗ вследствие использования фильтра I,—k/t. Коэффи-
циент i может принимать значении 4, 6, 8 и 10 зв счет ре-
гулирования сопротивления резисторов фильтра, Кроме
того, в защите предусмотрена возможность увеличения то-
ка срабатывания в 1,5 н 2 раза по сравнению с наимень-
шим. При наиболее чувствительной уставке вторичный
ток срабатывания может колебаться в диапазоне от 1,3 до
11,5 А при номинальном токе ТТ. равном 5 А. При этом в
симметричном трехфазном режиме ток срабатывании мо-
жет изменяться от 3,8 (k=4) до 11,5 А (4=10)
Поскольку той срабатывания зашиты может быть уста-
новлен меньшим илп близком к номинальному току линии,
то обрыв вспомогательных проводов может принести к не-
медленному ложному отключению линии. Поэтому устрой-
ство контроля ВП защиты ДЗЛ-2 является ответственным
едемектом, Контакты реле контроля обрыва вводятся не-
посредственно в цепь выходного промежуточного реле,
предотвращая срабатывание защиты при обрыве ВП. Схе-
ма контроля защиты питается через стабилизатор напря-
жения, состоящий из конденсатора и трансформатора н
поддерживающий выходное напряжение с точностью
±10% при колебаниях входного напряжения ±20%. По-
ляризованные реле контроля обрыва KL2 и контроля за-
мыкания ва землю KL3 включены на выпрямители, пи-
тающиеси от разных вторичных обмоток трансформатора
стабилизатора СН. Контроль исправности ВП на одном
из концов линии осуществляется реле KL2 в устройства
понтроля, а на другом конце — приемным реле KL2 При
обрыве ВП ток пропадает в реле KL2 ва обоих концах ли-
нии и замыкающие контакты реле должны разорвать вы-
ходные цепи защиты. Прв замыканиях между ВП ток рез-
ко уменьшится в реле KL2 на приемном конце в сигнал от
его контактов позволит выявить неисправность. При замы-
каниях ВП на землю срабатывает реле KL3 н дает сигнал
о неисправности.
Необходимо считаться с двумя возможностями ложной
работы устройства контроля ВП. которые могли бы при-
вести к отказу зашиты. Прв КЗ, когда снижается напря-
жение на входе устройства контроля, ток контроля также
мог бы уменьшаться. При атом реде KL2 возвратились бы.
как и при обрыве ВП. Поэтому в устройстве контроля УК
установлен конденсатор большой емкости С4. который
поддерживает необходимый уровень выпрямленного и
сглаженного напряжения ва выходе УК при плптельности
КЗ менее 1,5—2 с.
При КЗ увеличивается переменное напряжение на кон-
денсаторе d в цепи вторичных обмоток TVL2, что может
привести к кратковременному возврату реле KL2 нз-эа пе-
ременной составляющей тока. Для предотзрашевня воз-
врата предусмотрены обмотки KL2,, в которых при КЗ ток
увеличивается, а полярность тока совпадает с поляр-
ностью рабочих обмоток KL2t.
В защите ДЗЛ-2 предусмотрена схема, предотвращаю-
щая излишнее срабатывание зашиты при пробое трубча-
тых разрядников. Пусковым органом схемы является реле
тока вулевой последовательности К4. При частых кратко-
временных срабатываниях реле КЛ обеспечиааетсн быст-
рое снижение потока в выходном промежуточном реле, что
предотвращает интегрирующее действие и излишнее сра-
батывание реле.
Для удобства монтажа ЧЭАЗ выпускает панели типов
ЭПЗ-1638 и ЭПЗ-1639. на которых установлены комплек-
ты защиты типа ДЗЛ-2, устройства контроля УК-1 (толь-
ко панели типа ЭПЗ-1638), выходные п сигнальные реле,
изолирующие трансформаторы и испытательные блоки
Панели типов ЭПЗ-1638/1 п ЭПЗ-1639/1 предназначены
кля зашиты одной ВЛ, а ЭПЗ-1638/2 п ЭПЗ-1639/2—дяух
ВЛ (два комплекта зашиты ДЗЛ-2).
17-
287
258
260
ж—1
При отключении одного из кабелей зашита становится
неселективной токовой зашитой без выдержки времени и
поэтому ее следует выводить иа действия вручную иля с
помощью вспомогательных контактов разъединителей ка-
белей. Поперечная дифференциальная токовая защита мо-
жет являться только дополнительной зашитой. Преимуще-
ством зашиты является ее простота и возможность быстро-
го отключения близких КЗ на кабельных линиях, где
выполнение токовой отсечки, как правило, неэффективно.
Однако для работы при выведенной поперечной дифферен-
циальной токовой зашнте н обеспечения дальнего резерви-
рования необходимо устанавливать и МТЗ.
Защита может выполняться ва постоянном или пере-
менном оперативном токе В последнем случае токовые пе-
пн элементов устройства (дешунтируемые электромагниты
отключеивя, реле типа РП-341, токовые блоки пятаивя)
делжны включаться на фазные токи обоях кабелей, если
ток срабатывания зашиты больше, чем ток срабатывания
?61
Если выключатель одной из линий отключается на про-
тивоположном конце, то должна иметься возможность вы-
вода из действия поперечной дифференциальной защиты
вручную отключающими устройствами.
Поперечная дифференциальная направленная защита
в сетях с малым током эамыканпя на землю включается
па разность токов линий в двух фазах, что позволяет при
двойных эамыканпях ва землю отключать только одно ме-
262
сто замыкания в 2/э случаев. В сетях с глухоэаземленной
нейтралью в дополнение используется комплект, включае-
мый на разность токов нулевой последовательности линий.
Органы направления мощности включаются на разность
токов линий и напряжения по тем же схемам, что н в на-
правленных токовых защитах от междуфаэных КЗ и пуле-
вой последовательности, и их назначением является опре-
деление поврежденной линия. Пусковые органы защиты
могут выполняться с помощью ИО разности токов двух
липин и напряжения, В комплектах защиты от междуфаз-
ных КЗ применяются либо токовые ПО, либо токовые ПО
с блокировкой по напряжению, что дает возможность
лучшей отстройки от токов самозапуска электродвигателей
В комплектах зашиты от замыканий на землю применяет-
ся сочетание ПО тока и напряжения нулевой последова-
тельности, включаемых по схеме И. Наличие ПО напря-
жения позволяет выполнять токовый ПО более чувстви-
тельным, так как не требуется его отстройка от небаланса
1Т при междуфаэных КЗ вблизи места установки защиты.
Для того чтобы комплект защиты от междуфаэных КЗ не
нужно было отстраивать от токов в неповрежденных фа-
зах при КЗ на землю, ПО нулевой последовательности вы-
водит его из действия, и определение поврежденной линии
осуществляется только по составляющим нулевой после-
довательности.
Возможно выполнение поперечной дифференциальной
защиты с комплектами от симметричных КЗ (с одним то-
ковым ПО и одним ИО направления мощности) п от
несимметричных КЗ (стоковым ПО и ИО направления мощ-
ности обратной последовательности), Выходные реле за-
щиты целесообразно выбирать с замедленней на срабаты-
вание до 50—1*00 мс для предотвращения ложных дейст-
вий ори работе защиты шин, если параллельные линии
приходят ва разные секции, объединенные включенным
секционным выключателем [56]. Структурная схема одно-
го из псполненнй защиты параллельных двухконцевых
линий ПО—220 кВ показана на рис. 8.9, Каждый пз трех
пусковых органов ПОЛ, ПОс, ПОа включается на разность
фазных токов и токов нулевой последовательности двух
линий н соответствующие линейные напряжения (по 90-
градусной схеме) и напряжение нулевой последовательно-
сто. При одновременном срабатывании ИО тока ЛС40 я ИО
напряжения пусковые комплекты ПОл н ПО- выво-
дится нэ действия. Выбор поврежденной ВЛ осуществля-
263
ется ИО направления KWa. KWc h KIPo. Защита выводит-
ся из действия от реле положения «включено» обопх вы-
ключателей [KL1 и KL2] или вручную накладкой.
Ток срабатывания ПОл н /70с выбирается по условиям
отстройки от токов небаланса ори внешнем КЗ или несин-
хронном включении по условию возврата после отключе-
нии внешнего КЗ аналогично направленной МТЗ и по ус-
ловию стстройкп от тока в неповрежденной фазе при кас-
кадном отключении двухфазного КЗ, а также однофазного
или двухфазного КЗ на землю, причем в последнем слу-
чае расчетный ток необходимо брать при токе н напряже-
нии срабатывания ПО* которые выводят ПОл к пЬа из
действия. Выбирается больший из токов, определенных по
этим условиям. Возврат после отключения внешнего КЗ
необходим потому, что возможно срабатывание реле по-
ложения «включено» выключателя до того, как произой-
дет включение параллельной ВЛ. Еслп ПО не возвратят-
ся, то при АПВ может ложно отключиться выключатель
работающей кяи включаемой ВЛ, так как зашита введет-
ся равьше, чем снизится разность токов параллэльных
264
ВЛ. Это условие облегчается, еслн в ПО ввеств пуск по
напряжению.
Ток срабатывания ЛО0 отстраивается от максимально-
го тока небаланса при внешних КЗ на землю, поскольку
дри КЗ без земли комплект не будет вводиться благодаря
наличию ИО напряжение нулевой последовательности,
При однофазных КЗ погрешности ТТ опренеляются толь-
ко током, проходящим по одной фазе, При двухфазных
КЗ на землю значительные токи могут проходить по всем
трем фазам. Обычно, однако, считают, что погрешности
Вопросы выбора уставок различных схаш поперечной
направленной дифференциальной защиты рассмотрены в
возможны условия, когда при КЗ на землю на ВЛ,
расположенных по одной трассе с параллалъмыип ВЛ,
ЭДС, наведенные на каждую из них, неодинаковы и раз-
ность наведенных токов нулевой последовательности в то-
ковом ПО может превосходить расчетные токи небеланса.
Поэтому прп выборе расчетного внешнего КЗ на землю
необходимо учитывать н такие КЗ.
Направленная поперечная дифференциальная защита
параллельных линий имеет мертвую эону по напряжению
прп КЗ вблизи места установки защиты, как обычная на-
правленная МТЗ. Короткое замыкание на удаленном кон-
пе линпи в отличие от случая применения поперечной диф-
ференциальной токовой зашиты приводит не к отказу в
отключении из-за отсутствия разности токов, а к каскад-
ному действию защиты, еслп последняя установлена на
обоих концах линия. Это вызвано тем, что эона каскадного
действия для комплекта направленной дифференциальной
защиты на одном из концов линии является зоной наиболь-
шей чувствительности по току для защиты другого ковка.
После отключения поврежденной линии с одного конка
ток КЗ на параллельной линии исчезает, а следовательно,
создаются условия для правильной работы защиты линпи
и на другом конце. Защита считается удовлетворительной,
если эона каскадного действия ио тону не превышает 25 %,
Чувствительность ПО защиты проверяется дан двух
режимов [58]:
при включенных выключателях с обеих сторон ливни;
в режиме каскадного отключения, когда выключатель
с противоположной стороны поврежденной линии от-
ключен.
265
В первом режиме коэффи-
циент чувствительности прове-
ряется для КЗ в точке, где от-
ношение токов КЗ по обоим
концам линии (1 и 11} к токам
Срабатывания ПО /СД1 и /сдц
одинаково (точка равной чув-
ствительности) . Положение
точки одинаковой чувствитель-
ности определяется по выра-
жению Г56[
расстояние в долях
длины линии от точки одинаковой чувствительности до кон-
ца II. Во втором режиме расчетным является случай КЗ
вблизи отключенного выключателя.
По принципу действия поперечная направленная защи-
та может правильно работать только при наличии двух
параллельных линий, включенных всеми тремя фазами,
При обрыве фазы на одной из линий разность соответст-
вующих фазных токов будет иметь такой же знак, как при
КЗ на параллельной линпн. Срабатывание ПО имеет ме-
сто, если обрыв фазы сопровождается КЗ (рис, 8.10,а).
При этом на стороне подстанция II защита подействует
правильно и отключит выключатель 3, а на подстанции 1
произойдет излишнее отключение выключателя 2.
В сетях с изолированной или компенсированной ней-
тралью излишнее срабатывание защиты может произойти
при некоторых видах двойных замыканпй на землю
(рис. 8.10, б). Если одна нэ точек замыкания на землю рас-
положена на фазе А (пли С) в зоне каскадного действия
поперечной дифференциальной зашиты, а другая на фазе
С (плн Л) линии, отходящей от шпн удаленной подстан-
ции, то сначала отключится выключатель 3. Далее по-
перечная защита может неселективно отключить выклю-
чатель 2 за счет срабатывания пускового и измерительно-
Перечисленные выше недостатки ограничивают область
применения направленной поперечной дифференциальной
266
Глава девятая
ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЯ
fl.1. Область применения дистанционных защит
в распределительных сетях
В распределительных сетях напряжением выше б кВ
дистанционные защиты линий от междуфаэных КЗ исполь-
зуются в тех случаях, когда конфигурациа сети и требо-
вания быстродействия и чувствительности не позволяют
применять более простые зашиты — МТЗ. На линиях 35 кВ
и выше дистанционные защиты выполняются трехступен-
чатыии, прпчем при КЗ в первой зоне, охватывающей 85 %
длины защищаемой ливни, независимо от режима питаю-
щей энергосистемы обеспечивается отключение без допол-
нительной выдержки времени. Этим днстаяняоивые защи-
ты выгодно отличаются от МТЗ, При КЗ в последующих
зонах выдержка времени защиты увеличивается по мере
удаления точки КЗ от места установки зашиты.
Распределительные сетп 6 и 10 кВ, как правило, не
отличаются сложной конфигурацией, и требование быстро-
действия не является решающим, Позтому дпстаиипонные
зашиты находят широкое применение только в сетях на-
пряжением 35 кВ и выше, где уровень выдержек времени
МТЗ оказывается недопустимо высоким, а чувствитель-
ность низкой. Лишь ва секционированных ВЛ 10 кВ с се-
тевым резервированием в ряде случаев используют дистан-
ционные защиты (см. § 7,2, 9.7),
Согласно принятой в СССР практике, дистанционные
зашиты используются только для отключения междуфаз-
иых КЗ, в том числе н при двойных замыканиях на землю
в сетях с изолированной клп компенсированной нейтралью.
267,
В сетях с глухоэаземленной нейтралью дпстаннионные за-
щиты дополняются ступенчатой токовой зашитой нулевой
последовательности (см, §7.4),
9.2, Величины, подаваемые на ИО сопротивлении
Для правильного измерения сопротивления до места КЗ
на ИО сопротивления необходимо подавать соответствую-
щие сочетания токов п напряжений, При междуфазном КЗ
ИО сопротивления обеспечит правильное измерение, если
на него подавать линейное напряжение и разность фазных
токов поврежденных фаз Так, при металлическом КЗ ме-
жду фазами А и С линейное напряжение Uac в месте КЗ
равно нулю, а в мест* установки защиты оно составит
где Z| — удельное сопротивление прямой (обратной) после-
довательности линии; t—расстояиве до места КЗ.
Таням образом, сопротишевне ва зажимах ИО Др =
“4/лс/(/л—т.е. яэляется функцией расстояния
до месте КЗ,
Использование фазных напряжений н токов дает пра-
вильные результаты только при трекфазнон КЗ, когда фаз-
ное напряжение в месте металлического КЗ равно нулю.
При двухфазных металлических КЗ фазное напряжение в
месте КЗ равно половине номинального, и поэтому отно-
шение фазного напряжения к фазному току по всей длине
ВЛ ие пропорционально расстоянию до места КЗ.
При двойных замыканиях на землю в сетях с изолиро-
ванной нейтралью изменение фвэных и линейных напряже-
ний по мере удаления от места замыканий до места уста-
новки зашиты не пропорпиовально раостоянпю, что вызы-
вает затруднения при выборе схемы и уставок дистанционной
зашиты. На рис 9.1 показаво токораспределение при
двойном эамыканнп на землю ка ненагруЖеаной ВЛ с од-
носторонним питанием. На участке между точками замыка-
нии К1 и К2 ток КЗ проходит только по одной фазе. Поэто-
му правильное измерение ИО сопротивления на подстан-
ции I) может быть обеспечено только при подаче ва ИО
фазного напряжения и тока фазы А, так как только фвэ-
аое напряжение фазы А равно нулю в месте замыкании К2
(ври металлическом замыкании). Однако отношение фазно-
го напряжения UA к фазному току/л не всегда будет пра-
порцнонельио расстоянию до места повреждения из-за то-
266
го, что сопротивление нулевой последовательности линии
существенно выше, чем сопротивления прямой и обратной
последовательностей. Эю можно показать на примере ме-
таллического замыкания в точке К2. Напряжение в меете
замыкания
(»я
В месте установки защиты на подстанции 7/ на расстоя-
нии I от точки К2 фазное напряжение UA равно сумме па-
дений напряжений от всея симметричных составляющих
0.3)
Хорошо видно. что отношение Ьл к фазному току /А==
—/ai+7as+/Ao, яе пропорционально I. так ив к Z^Zo-
Если к правой части выражения (9.3) прибавить и вычесть
член IcZ,l, то получим
+ (9Л)
Измерение сопротивления не будет зависеть от распре-
деления токов отдельных последовательностей только в том
случае, если на реле подать напряжение UA и той /А+Л/о,
где к — так называемый коэффициент компенсации, k*=
— (2o—Z,)/Z,;
“ (ZaZ, / + /0 (Zo - 5) /]/(/, + Wo) - Z, (. (9 5)
На участке между подстанцией 1 и точкой К/ распре-
деление токов такое же, как при двухфазном КЗ, однако
измерение сопротивления ИО, вкаючеиным на VАС в 1Л—
1с подстанции I, может ве соответствовать нн расстоянию
до точки KI. яи расстоянию до точки К2. поскольку линей-
ное напряжение Уле пе равно нулю ия в точив KJ. ни в точ-
ке К2. Учитывая, что /д—1с при двухфазном КЗ равно 2Л
п ныея в вциу выражение для ил в точке KI, получаем вы-
269
раженве для сопротивления на зажимах реле на подстав-
~S, + 0.5 + O,54/oZ12//4, (9.6)
где 2ц и Zu — сопротивления прямой последовательности
между подстанцией I и точкой К1 и между точкой KI и
точкой К2 соответственно.
Таком образом, сопротивление на зажимах ИО всегда
будет больше, чем Z)t. В частном случае, когда 70=/л/Э.
а й = 3, сопротивление на зажимах ИО, включенного на под-
станции I на напряжение ОАС и ток 1_л—1с. будет соответ-
ствовать расстоянию до места удаленного замыкания на
землю в точке К2.
При двухфазных КЗ на землю правильное измерение в
большинстве случаев обеспечивается при таких же сочета-
ниях токов и напряжений, что и про двухфазных КЗ. так
как состакляюшве вулевой последовательности отсутству-
ют как в напряжении Улс. так и в разности токов 1л—7с.
6.3, Схемы взаимодействия ПО и ИО защиты
Дистанционные зашиты могут выполняться односиСтем-
ныки или многоспстемнымп [l], В зависимости от испол-
нения зашиты на ее пусковые органы возлагаются различ-
ные функции. В односистемных защитах ПО должны выби-
рать поврежденные фазы « подключать к ним общий ИО, а
также вводить в действие схемы, которые в заданные мо-
менты времени изменяют уставки ИО, что обеспечивает вы-
полнение с помощью одного ИО многоступенчатой дистан-
ционной защиты В одпосистемиых полупроводниковых дис-
танционных защитах выбор поврежденных фаз может
осуществляться схемно, с помощью максиселекторов в це-
пях тока н мннпселектороэ в цепях напряжения.
Современные дистанционные защиты сложных сетей на-
пряжением НО кВ и выше выполняются обычно многоси-
стемными, Наличие независимых ИО в каждой фазе повы-
шает надежность защиты, причем ИО сопротивления клж-
дой ступени могут иметь различную форму Характеристик
в комплексной плоскости RX. Прп небольших размерах по-
лупроводниковой частя ИО габариты иногоспстемных дис-
таняионных зашит невелики. В многосистемных защитах
наэначепнем ПО может являться только фиксация самого
факта появления повреждения в защищаемой сети.
270
Еслп в сетях напряжением 35 кВ, а в ряде случаев н
110—220 кВ, токп КЗ существенно превосходят наибольшие
токи нагрузки, то нх ПО можно выполнять токовыми клп
токовыми направленными. Наличие токовых ПО существен-
но ограничивает чувствительность последней ступени заши-
ты н сохраняет фактически только одно важное преимуще-
ство дистанционной защиты — возможность отключать без
выдержки времени КЗ ва 85 % длины ВЛ независимо от
режима работы источника мощности. В сетях 35 кВ, где од-
восистемные дистанционные зашиты с токовыми ПО нахо-
дят применение, ПО включаются иа два фазных тока_1« и
/с. их сумму 1л+1_с=/в и ток нулевой последовательности
с тем, чтобы защита не приходала в действие при двойных
ааиыканнях на землю, когда место замыкании иа защи-
щаемой ВЛ расположено на фазе В. Это позволяет, как и
при использовании МТЗ. осущестэлять отключение только
одного места повреждения в % случаев двойных замыка-
ний ва землю. Токовые ПО являются избирателями повреж-
денных фаз, и с пх помощью на ИО сопротивления подают-
ся требуемые сочетания токов и напряжений.
Лучшую отстройку от токов нагрузки обеспечивают дис-
танционные ПО. Одним из вариантов такого ПО являются
ИО полного сопротввлення, валючаемые На фааные токи
(аналогично токовым ПО) и линейные напряжении. При
двух- и трехфаэных КЗ такие ПО имеют различающуюся
на 15% чувствительность, причем срабатывание при трех-
фазном КЗ провслодит при большем сопротивлении до мес-
та повреждения, чем при двухфазном КЗ.
В качестве ПО при КЗ на землю используются ИО тока
нулевой последовательности, Выбор сочетаний токов и на-
Жяжений, которые следует подавать на дистанционный
осуществляется в соответствии с работой дистанцион-
ных ПО и токового ПО нулевой последовательности.
При выполнении дистанционных зашит для ВЛ 110—
330 кВ с двусторонним питанием необходимо считаться с
тем, что при качаниях ц несинхронных включениях в сети
могут возникнуть условия, когда сопротивление на зажи-
мах дистанционных ИО может оказаться ниже сооротиеле-
впя их срабатывания. Это характерно в тех случаях, когпя
электрический центр качаний находится на защищаемой
ВЛ. Поэтому первые ступени дпстанняонных защит, име-
ющие малое время срабатывания, должны снабжаться со-
ответствующим к блокировками. В СССР наиболее широ-
271
кое распространение получили блокировки, вводящие идей,
ствие дистанционные защиты при появлении аварийных
составляющая обратной и нулевой последовательностей.
Блокирован могут реагировать даже на очень кратковре-
менное появление весимметрнк (например, прк разновре-
менности перекрытие трех фаз ВЛ), после чего защита
вводится в действие на время, достаточное для срабатыва-
ния при КЗ в защищаемой зове, а затем выводится, чтобы
предотвратить излишнее срабатывание всиедствяе качаний
пли асинхронного режима, возникшего из-за КЗ, а также
при несинхронном включении ВЛ в цикле АПВ. Такая бло-
18—660 273
В нормальном режиме конденсатор заражается до среднего выход*
иого напряжения выпрямительного мосте VS и постонввый том а вы-
ходном поляризованном реле KL отсутствует. При качаниях среднее
значение и переменная составляющая выпрямленного напряжения по-
меняются с небольшой скоростью, иостому ток. определяемый низкочас-
тотной составляющей, мал а переменная составляющая тока, ныеющия
частоту 100 Гп, проходит в основном по резистору R2. шуитнрупевему
обмотку поляризованного реле Тока в реле KL практически нет
(рис. 92,6), и оно не работает При КЗ, сопровождающихся резким
увеличением выпрямленного напряжения, появляется бросоя зарядного
тока конденсатора, который вызывает кратковременное срабатывание
реле KL (рис. 9 2,з). После резкого снижения выпрямленного напряже-
ния конденсатор разряжается через резистор Р.1. однако бросок тока
имеет обратную полярность н повторно реле KL не срабатывает
К недостаткам ИО, показанного на рнс 9.2,а, можно отнести от-
Лряження Ut, не совпадающей по фазе с напряжением Ул нормального
режима. В предельных случаях аыплптуДВ результирующего напряже-
ния может даже снижаться, н ИО при этом отказывает. С этой тонки
зрения более предпочтителен предложенный в [57[ ИО, реагирующий на
приращение вектора напряжения Из. В атом ИО используется £С-лиияя
задержки, вектор напряжения иа выходе которой отстает на 180° от
вектора входного напряжения, т е. находится в противофазе. В пор-
мальком режиме сумма входного и выходного напряжений близка к
нулю и ПО, реагирующий на модуль результирующего напряжения, не
медленно, а выходное "Только через 10 мес. В течение этого проме-
жутка времени результирующее напряжение будет равно раэноств век-
торов напряжений аварийного к нормального режимов и его модуль ае
заклеит От фазы каждого из векторов. По нривцапу действия ИО с ли-
нией задержки имеет погрешность от частоты напряжения, так как ли*
60 Гн (10 мс) В [58] было показано, что напряжение небаланса ИО
р/9а может быть найдено по выражению
17иб = 2Um cos [лсо/(2®ион)] >ш [шГ — шо/(2о„си)],
текущая и номинальная углопэя частота.
Напряжение UBe представляет собой синусоиду с амплитудой
2С/Лсоэ (лшЛ2<пввн)] и угловой частотой ш. Напряжение небаланса
можно уменьшить, если ссдользовать еще одну лнишо задержки на 10 ма
(рис. 9.3,о). Первая иаяня вадержкл J13l н первый сумматор обра-
зуют ИО, предложенный в [б7[. Сумма Дщ—л + ь, равви нулю, если
и-^яоп, в если ФчЫфьиж то Дит можно пабтн из (9.7). Вторая явная
(9 7)
274
рмс. й.з Схема (в) н кривые
напряжений (б) пускового ор
гама, ревгнруажего на вторую
на □ряженая
запер*-*?. Л32 и сумматор Z;
прямечня небалансами, в кри-
вой этого напряжения, сляпну-
кня Ли, и Ли, одинарной н
да а коиеит времени Н иэыС'
мается входное напряжение и.
Хорошо видно, что приращение
пятен в в Ап,, п в Лиа, однако
амплитуда напряжения неба-
будет существенно меньше
увп». = ^с”г(™/(2шном)(- <9-8)
275
в?
330 кВ, влодяшей в шкаф ШДЭ 2301.
9-5. Блокировки при неисправности цепей напряжения
В дистанционных зашитая с токовый пуском исчезнове-
ние напряжения ва входе не приводит к немедленному лож-
ному срабатыванию. Лишь при внешних КЗ зашита может
сработать на отключение. Поэтому считается достаточным
иметь сигнализацию повреждения пепей напряжение, при
действии люторой дежурный персонал должен принять ме-
ры к устранению повреждения.
Дистанционные защиты с пусковымп реле сопротивле-
ния при повреждениях в цепях напряжения и достаточно
большом токе нагрузки сработают, еслп их немедленно не
вывести из действия. Поэтому в защитах такого типа обя-
зательно применяются блокировки прп неисправности це-
пей напряжения, которые должны мгновенно выводить за-
щиту пз действия в случае снижения напряжения, не свя-
занного с КЗ в сети.
Принцип действия блокировок основан на сравнении
суммы фазных напряжений (фильтр напряжения Uo), под-
водимых к я мните с напряженней (А, от обмоток TH,
включенных в разомкнутый треугольник. При цсправных
цепях напряжения сумма фазных напряжений должна соот-
ветствовать напряжению на обмотках TH, включенных в
разомкнутый треугольник. Нарушение этого соответствия
свидетельствует о повреждении в цепях напряжения На
этом или аналогичном принципе выпускались устройства
блокировки типов КРБ-12 и КРБ-13. Недостатком этих бло-
кнроиок является то. что при КЗ в цепях фазных напря-
жений или отключении всех трех фаз напряжении автома-
гвчеспям выключателем, когда сумма фазных напряжений
остается равной нулю, блокировки не приходят в действие
Этого недостатка лишена блокировка [35], схема которой
277,
приведена иа рис. 9.5,
Особенностью блокиров-
ки является то, что фильтр
напряжения выполнен
с использованием фазных
напряжений одной нз фаз,
например А, как обмоток
TH, соединенных в звез-
ду с нулем, так и обмо-
ток, соединенных в разом-
кнутый треугольник.
С этой целью сопро-
тивление резистора R3 в
фазе А берется вдвое
большим, чем резисторов
RI и R2, а на дополни-
тельную первичную об-
мотку подается ток. выбранный с таким расчетом, что-
бы результирующая МДС обмоток w, n i»i равнялась ну-
лю при отсутствн напряжения нулевой последовательности.
При КЗ на землю в сети отсутствие напряжения на вто-
ричной обмотке трансформатора блокировки tsg достигает-
ся за счет третьей обмотки <в.*, включенной на обмотки TH.
соединенные в разомкнутый треугольник. Поскольку до-
полнительный вывод от разомкнутого треугольника TH все
равно выведем на панель защит, выполнение схемы, изобра-
женной на рис. 9.5, не требует дополнительных затрат.
Прн отключении всех трех фаз напряжения со стороны
обмоток TH, соединенных в звезду, блокировка, схема ко-
торой приведена на рис. 9.5, сработает за счет тока н об-
мотке tu I- Блокировка без замедления работает также црн
всех видах КЗ в цепях напряжении, за исключением КЗ
фаз В и С. В последнем случае блокпровка подействует
только после срабатывания защитного автоматического вы-
ключателя TH или сгорания предохранителей.
9,6. Панели защиты типов ПЗ-З и ПЗ-4
На электромеханической элементной базе в настоящее
время выпускаются панели дистанционной зашиты типов
ПЗ 3 и ПЗ-4. Они содержат токовую отсечку в двух фазах
и одиоспстемную дистанционную защиту от междуфаэиых
КЗ п от двойных замыканий на землю (в сетях 35 кВ), Па-
нели зашиты типа ПЗ-З предназначены дли использования
276
в сетях, где токи КЗ значительно превышают токи иагруа-
ни и дистанционная зашита может выполняться с токовы-
ми ПО. Панели зашиты типа ПЗ-4 используются в сетях,
где токи КЗ соизмеримы с токами нагрузки, п поэтому ПО
дистанционной зашиты выполнены с помощью реле сопро-
тивления. Панели зашиты типов ПЗ-З/1 и ПЗ-4/1 предна-
значены для зашиты одной ВЛ, а на панелях типов ПЗ-З/2
и ПЗ-4/2 установлены комплекты защиты двух ВЛ. В ос-
новном панели используются в сетях 35 кВ, однако могут
применяться и на некоторых тупиковых ВЛ в сетях с глу-
хозаэемленной нейтралью Обе панели состоят из комплек-
тов дистанционного ИО (1КДЗ), токовой отсечки (1КЗ),
блока автономного пптания (УАП) и комплекта пусковых
органов (2КДЗ). Отличие между панелями — только в вы-
полнении комплекта 2КДЗ. В панели ПЗ-З он состоит из
трех токовых ПО. включенных ва фазные токи, я ИО тока
нулевой последовательности, а в панели ПЗ-4 — трех дис-
танционных ПО, ИО тока нулевой последовательности и
устройства блокировки при неисправности цепей напряже-
ния. Выполнение токовых ИО нулевой последовательности
одинаково в панелях ПЗ-З и ПЗ-4. В качестве исполнитель-
ного органа ИО использовано поляризованное реле РП-7 с
рабочей и тормозной обмотками. Рабочим током является
отфильтрованный, выпрямленный и сглаженный ток Л, а
торможение осуществляется разностью выпрямленных на-
пряжений, пропорциональных фазным токам фаз А и В и
току Iq, причем соотношение между составляющими тормоз-
ного тока выбрано с таким расчетом, чтобы торможение
ослаблялось при двойных замыканиях на землю. Торможе-
ние нелинейное, для чего в тормозной контур включен ста-
билитрон, обеспечивающий отсутствие торможения при фаз-
ных токах, меньших номинального. Срабатывание реле
РП-7 вызывает срабатывание промежуточных реле, явля-
ющихся реле-повторптелямн
На рос. 9.6 показаны упрощенная схема включения ИО
сопротивления и направления мощности, а также реле вре-
мени комплекта 1КДЗ. Выбор напряжений и токов, пода-
ваемых на оба ИО, осуществляется с помощью промежу-
точных реле KL1 и KL2, пускаемых фаэныип ПО. а тяти»
реле KLO, пускаемое токовым ПО нулевой последователь-
ности, На трансреакторах TAV1—TAV4 выделяются напря-
жения, пропорциональные подаваемым токам, а остальные
входные преобразователи тока выполнены в виде трансфор-
маторов тока, нагруженных на активные или актнвно-еи-
279
От W
костные звенья. Цепп напряжения органа направлении мощ-
ности Рм включаются на промежуточный трансформатор
7VL1 с длумя первичными обмотками.
При трехфазных КЗ и двухфазны* КЗ фаз А и С дол-
жны работать реле KL1 н KL2, при КЗ фаз А в В —реле
KL1, при КЗ фаз В и С —реле KL2, В этих режимах на
ИО сопротивления PC подаются соответствующие линейные
напряжения и разности фазных токов, а на орган PM ара
КЗ, связанных с фазой А, — ток фазы А и лпнейное напря-
жение ВС, а При КЗ, связанных только с фазой С, — ток
фазы С и линейное напряженке АВ. При однофазных КЗ
п диойных замыканиях на землю на орган PC подаются
фазные напряжения п фазные токи, компенсированные то-
ком 1» (TAV4). Орган PC представляет собой реле полного
сопротивления на детекторной схеме сравнения с магиито-
здектрическкм реле в качестве иуль-яяднхатора. Ортая РМ
выполнен на кольцевой детекторной схеме и имеет таков
же нуль-индикатор. Угол максимальной чувствительности
равен 45 \ что наиболее приемлемо прн 90 градусной схеме
.включения. Орган PC выполнен, с переключением уставов
.срабатывания, что позволяет выполнить две ступени заши-
ты— 1 и И. Уставка срабатывания ваменяется для обеих
.ступеней независимо от 0,15 до 12 Ом ив фазу, а коэффи-
циент k — в диапазоне от 1,5 до 3. Реле времени КТ — се-
риесное п пускается реле-повторителем органа направле-
нии РМ Ш. которое может подействовать только при сра-
батывания одного из ПО, подающего напряжение ва РМ.
Чтобы на катушку КТ не подавалась разность токов фаз
А и С (равная нулю при КЗ за трансформаторами), ис-
пользуется контакт реле KL2.
Так как в органах PC н РМ тормозной момент на маг-
нитоэлектрических реле отсутствует, то возможно «залида-
ние» их контактов. Поэтому в защите предусмотрен транс-
форматор TVL2, первичная обмотка которого включена на
напряжение только при обесточенных реле KL1 и KL2, т е.
при отсутствии пуска защиты. Напряжение вторичных об-
моток TVL2 используется для торможения нуль-индпкато-
ров PC и РМ.
В защите типа ПЗ-4 дистанционные ПО в нормальном
режиме и при междуфаэных КЗ включены на токи фаз А,
В п С и линейные напряжения соответственно фаз А и В,
В к С и С и А. Прв двойных замыканиях на землю в сети
35 кВ ПО фаз Л и С переключаются на фазные напряже-
ния соответствующих фаз. При трехфазнои КЗ сопротивле-
ние срабатывания ПО может изменяться от 1 до 20 Ок на
fl защите типа ПЗ-Э кусковыми органами являются ре-
ле РТ-40. Пусковые органы обеих зашит являются ИО нх
третьих ступеней. Выдержки времени всех ступеней заши-
ты задаются проскальзывающими контактами реле време-
ни тппа РВМ-12.
При неисправности цепей напряжения приходит в дей-
ствие устройство блокировки, выполненное по принципи-
альной схеме, показанной на рис 9.5, и контакты его вы-
ходного реле снимают оперативный ток с логической части
защиты
Источником оперативного тока защиты может служпть
комбинированный выпрямительный блок питааня УАП, со-
стоящий из БПТ, включаемого не разность фазных токов
фаз Л н В, и двух БПН, один из которых включен на ли-
нейное напряжение ВС, а другой либо на линейное напря-
жение АВ, либо (в сетях с глухозаземлеиной нейтралью)
ив напряжение фазы В. Для питания оперативных цепей
281
аащвты выпрямленное напряжение сглаживается п стаби.
лизируется с помощью стабилитронов.
Потребление цепей напряжения обеих зашит составляет
60—70 В А на фазу пр" использовании УАП и 20 В.А на
фазу при постоянном оперативкой токе. Потребление це-
пей тока около 80 В-A на фазу при номинальном токе, ес-
ли Используется УАП, и около 30 В А при постоянном опе-
ративном токе.
В сетях 110—220 кВ применяют дистанционные защиты,
входящие в состав панели защиты ЭПЗ-1636.
9.7. Полупроводниковые дистанционные защиты
Для секционированных сетей 6 и 10 кВ с сетевым ре-
еервпронаннем Украинским отделение» института *Сель.
энергопроект» было предложено использонаНне дистанци-
онных зашит с ИО полного сопротивления, имеющими за-
ьксимую временную характеристику 1см. % 1.15]. Не этом
принципе серийно выпускаются две защиты: на ЧЭАЭ за-
щита типа ДЗ-10 [18], а Пятигорским опытным заводом
ПО «Союзэнергоавтоматика» —-блок односистемной двух-
ступенчатой дистанционной зашиты, входяшнй и состав
комплектного устройства типа КРЗА-С [III. Обе аащвты
включаются ва два фазных тока н три линейных напряже-
ния, а односистемность достигается применением макспсе-
лекторов в цепях тока и минпселекторов в цепях напряже-
на рис 9 7, п показаны основные узлы зашиты типа
ДЗ-10. Мивиселектор включается на три лпнейных напря-
жения п имеет два независимых выхода, один (через диод
У£>2) с более высоком уровнем напряжения для ПО, а дру-
гой (через дпод VD6) —для ИО. Два Днодв моста VS1 яв-
ляются общими для обоих выпрямителей. Оба выпрямлен-
ных напряжения сглаживаются с помощью конденсаторов
С1 и С2 Максиселектор, выполненный на трехфазном двух-
полупериодвом мосте VS2. выделяет напряжение, значение
которого зависит от вида КЗ Для того чтобы устранять эту
зависимость, введена дополнительная схема из конденсато-
ра С6 п промежуточного трансформатора TVL2 Перемен-
ная составляющая выпрямленного напряжения, которая
при двухфазных КЗ больше, чем при трехфзэных, выпрям-
ляется, сглаживается о увеличивает результирующее среднее
вапряжеипе макспселектора до уровня, соответствую-
щего трехфазному КЗ. Это обеспечивает практически оди.
282
иия Z-,cT соответствует полному заряду конденсато-
ра СЗ и уставка Z,„ выставляется так же, как и ZJCt. В за-
щите, крохе того, предусмотрены дда токовых реле РТ-40
КА1 и КА2 для выполнения фувкцвв токовой отсеивл, При
КЗ срабатывает ПО сопротивления и с помощью реде-пов-
283
торителя К1-3 дешунтирует конденсатор СЗ, после чего вво-
дится и действие ИО с зависимым от времени сопротивле-
нием срабатывания. Результирующая характеристика за-
щиты показана сплошной линией на рис. 9.7,6.
Зашита имеет встроенный феррореэонансный БПТ, но
может работать и на постоянном оперативном токе. Сопро-
тивление срабатывания регулируется в диапазоне 0,25—
8 Ом на фазу, а время срабатывания от 1 до б с
При включении зашиты на линейные напряжения и раз-
ности фазных токов правильное измерение обеспечивается
только при междуфазных КЗ При двойных замыканиях на
землю эона действия защиты сокращается, а н ряде случа-
ев возможна и неселектпвная работа защиты. Так как при
наличии только двух ТТ на защищаемой ВЛ выделение то-
ка /о невозможно, то для повышения чувствительности в
[18] предложено соединять вторичные обмотки трансреак-
торев не в звезду, а в треугольник. В этом случае ЙО вклю-
чается на фазный ток и линейное напряжение, т.е. как ПО
защиты ПЗ-4.
Блок дистанционной защиты устройства КРЗА С бли-
зок по параметрам защите ДЗ-10, однако он имеет и неко-
торые преимущества. В блоке предусмотрена I ступень дис-
танционной защиты с небольшой задержкой, использующая
те же макси и минпселектОры, что и ступень с зависимой
выдержкой времени. Уставка 1 ступени регулируется в пре-
делах от 0 до 0,4 Z;ct. Защпта выполнена на транзисторах,
что позволило отказаться от применения магннтозлектриче^
сиих реле, Встроенный в защиту автономный блок питания
обеспечивает мощность, достаточную для работы электро-
магнита отключения выключателя.
Во ВНИИР при участия Украинского отделения инсти-
тута «Сельэнергопроект» разработано комплектна устрой-
ство дистанционной защиты с фиксатором места поврежде-
ния типа БРЭ 2701 [60], предназначенное для использования
на ВЛ 35 кВ сельскохозяйственного назначения Уст-
ройство выполнено на WMC, и его габариты обеспечивают
возможность установки в релейных шкафах КРУ и КРУН.
Блоки защиты н фиксации выполнены на разных принци-
пах. Трехступенчатая односистемкая дистанционная защи-
та выполнена по принципиальной схеме, близкой к схеме
защиты ПЗ-З Она имеет токовые пусковые и избиратель-
ные Органы, во вместо органа направления мощности п ИО
полного сопротивления в ней применены направленные ИО
сопротивления, характеристики которых показаны па
284
«С 1 17 6 (см. § 1.9). Поскольку одна из точен характери-
стики проходят через начало координат, то один из сравни-
ваемых векторов равен нулю при близких КЗ- Для обеспе-
чения направленности при близких несимметричных КЗ
в этот вектор вводится составляющая напряжения под-
питки (/„без запоминания доаварийиого сигнала. При олпэ-
кихтрехфазных КЗ UB=0 и ИО имеет мертвуюзоиу,однако
вона невелика поскольку чувствительность по напряжению
составляет около 50 мВ. Если направленность действия не
требуется (ВЛ с односторонним питанием), то характери
стика может быть несколько смещена в III квадрант и
«мертвая» зона будет отсутствовать. Изменение уставок
срабатывания ИО при переключении с I на II ступеяьэащи-
ты осуществляется уменьшением коэффициента пропорцио-
нальности между входным напряжением и напряжением,
подаваемым на схему сравнения. Характеристика органа
направления Ill ступени зашиты достигается использовани-
ем для сравнении только векторов напряжения КЗ и и».
Блок фиксации выполнен на известном принципе, рассмот-
ренном в § 1.16, обеспечивающем преобразование отношения
модулей (в данном едучве U и 7) в пропорциональный ин-
тервал времени. В блоке производится счет импульсов за-
дающего генератора частоты за этот интервал. Устройство
имеет автономный блок питания и дла выходных реле РП-Э41
для использования в схемах с дешунтированием электро-
магнитов управления. Предусмотрен блок тестового конт-
5оля исправности длстанционной защиты и блока фиксации.
[инимальиые устаики токовых ПО составляют 1,5 А для
фазных токов и 0,5 А для Л>. Минимальные уставки ИО со-
противления 0,15; 0,3 и 0,6 Ом. Потребляемая мощность по
цепям тока менее 40 В-A на фазу, а по цепям напряжения
менее20В-А на фазу в нормальном режиме п менее40В А
на фазу при срабатывании.
285
286
ИО непрерывный.
длвтехь-
Для защиты ВЛ 110—330 кВ с двусторонним питанием
от междуфаэных КЗ выпускается трехступенчатая дистан-
ционная защита, входящая в состав шкафа ШДЭ-2801, ко-
торый должен заменить панель ЭПЗ-1636 [51]. Защита вы-
полнена на ИМС. Ока содержит устройства блокировки
при качаипях и неисправности в цепях напряжения, рас-
смотренные выше {§9.5). Характеристики срабатывания НО
трех ступеней зашиты имеют различную форму (рис. 9.9).
Измерительный орган 1 ступени выполнен с характеристи-
кой направленного реле сопротивления (рис.99,а), однако
она составлена из трех дуг, опирающихся на особые точ-
ки Zi, Zj п Zs, что обеспечивает меньшее время срабатыва-
ипя" и Минимальные искажения характсристпки при пере-
ходных процессах Характеристика II ступени имеет четы-
рехугольную форму (рис. 9.9, б) и хорошо охватывает близ-
кие К.3 через переходное сопротивление. Характеристика
267
Ill ступени — треугольная (рис. 9.9.а), и ее назначение —
эффективное дальнее резервирование при надежной от-
стройке от режима нагрузки.
Минимальное сопротивление уставки 0,25 Ом. а крат-
ность регулировки уставки составлкет 20 для I в II ступе-
ней и 40 для III ступени. Ток точной работы 0,5 А. Время
срабатывания при расчетных условиях не более 35 мс. По-
требление цепей тока п напряжения по 4 В-A на фазу (впа-
нели типа ЭПЗ-1636 потребляемая мощность цепи тока око-
ло 15 В-A иа фазу, напряжения около 50 В-A), Потребле-
ние «епи постоянного оперативного тока около 80 Вт.
9.8. Выбор уставок дистанционной защиты
Для обеспечения селективности дистанционных защите
сети необходимо осуществлять согласование уставок защит
смежных участков. Это согласование достнгаетси как соот-
ветствующим выбором сопротивления, срабатывания изме-
рительных органов отдельных эон, так п выбором ступени
выдержки Времени или заьвенноетн времени срабатываний
от сопротивления на зажимах защиты [39, 61]. Ниже при-
водятся только общие сведения о выборе уставок реле со-
противления.
Первая ступень защиты выполняется, как правило, без
дополнительной выдержки времени. Сопротивление сраба-
тывания I ступени защиты ВЛ1 определяется по формуле
2!,.а1<0,852м, (*•»)
где /л, — сопротивление ВЛ1.
Сопротивление срабатывания 11 ступени отстраи-
вается от сопротивления в конце 1 ступени защиты наибо-
288
лее короткой смежной (предыдущей) ВЛ или от КЗ иа сто-
роне низшего (среднего) наприжеикя наиболее мощного
трвнсформатора приемной подстанции. При этом учитыва-
ется неравенство токов на ВЛ, на которой установлена за-
щита, и на поврежденном присоединении:
(9.10)
г‘с’а
где Zes; п Z-— сопротивление 1 ступени защиты смежной
линии 1) трансформатора соответственно; —коэф-
фициенты токораспределения, показывающие, какая доля
тока КЗ ВЛ2 или трансформатора проходит по защищае-
мой ВЛ1; и коэффициенты запаса, которыевобшеи
случае могут быть неодинаковыми.
В качестве уставхн берется меньшее значение к» полу-
ченных по выражениям (9.10).
Коэффициент чувствительности II ступени зашиты при
металлическом КЗ в конце ВЛ должен быть не менее 1.25
[2]. Выдержка времени И ступени защиты берется иа сту-
пень селективности больше времени ! ступени предыдущей
ВЛ и составляет (" = 0,44-0,5с.
Третьи ступени защиты выполняются в большинстве
случаев на базе ПО. Отстройка токовых ПО осуществляет-
ся от наибольшего тока нагрузки так же, как МТЗ. При
КЗ в конне линии коэффициент чувствительности должен
быть не менее 1.5, а в конце эоны резервирования не менее
1,2, Отстройка дистанииовных ПО полного сопротивления
от иянпиальаого сопротивления вагруакн Дмио осуществля-
ется в соответствии с выражением
где t„=l,l-M,l5.
Коэффициент чувствительности при КЗ в конце снежно-
го участка должен быть не менее 1,2.
19-SW
Глава дес я та я
ЗАШИТА И СИГНАЛИЗАЦИЯ ЗАМЫКАНИЯ
НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ
ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
10.I. Замыкания на землю в сетях 6—35 кВ
Замыкания на землю являются наиболее распространен-
ним видом повреждения в сетях с изолированной илп ком*
пенсированной нейтралью. Сопротивление нулевой после-
дователности в таких сетях определяется в основном
емкостью линяй относительно земли, и поэтому установив'
шийся ток замыкания значительно меньше токов иежду-
фаэных КЗ, а в большинстве едучаев и тока нагрузки, осо-
бенно в воздушных сетях 6 и 10 нВ, где емкость сети отно-
сительно земли невелика.
В кабельных сетях, а также в протяженных воздушных
сетях J5 кВ токи замыкания на землю могут достигать де.
сятков и сотен выпер Однако по условиям улучшения га-
шения дуги п предотвращения перехода замыкания на землю
в междуфаэвое КЗ в таких сетях используются дугога-
сящне реакторы (ДГР), комиенсируюкше основную гармо-
нику емкостного тока замыкания на землю. Результирую-
щий ток повреждения в таких сетях поэтому тоже мал.
При замыканиях на землю ток, проходящий по повреж-
денному присоединению, равен сумме токов поврежденных
/са к неповрежденных злеиеитов. определяемых емко-
стью и утечками каждого из них, и тока ДГР (/дгг). если
он имеется (рис 10.1, л).
В некомпенсированных сетях направления тока основной
гармоники на поврежденном и неповрежденном присоеди-
нениях противоположны по знаку, так как источник напря-
жения нулевой последовательности Со можно считать рас-
положенным в месте замыкания (рис. 10.1,6}, и, следова-
тельно, ток 1с, определяемый емкостном сопротивлением
неповрежденной сети, ироходлт в поврежденном элементе в
направлении к шинам, а в неповрежденном— от них
Если имеется ДГР, включенный в нейтраль одного из
трансформаторов, то на понреждеином участке фаза основ-
ной гармоники тока повреждения будет зависеть от соотно-
шения между емкостью неповрежденных участков и индук-
тивностью ДГР. Если нидуктнвная составляющая тока по-
вреждения будет преобладающей (при точной компенсации
290
и перекомпенсаипи суммарного емкостного тока), то фазы
основных гармоник реактивных составляющих тока нуле-
вой последовательности будут одинаковыми как на непов-
режденной (емкостный ток направлен в сторону линии),
так к на поврежденном (индуктивный ток направлен в сто-
рону шин) присоединениях. Значение и фаза токов замы-
кания на землю определяются напряжением U<,. Последнее
имеет наибольшее значение При металлических замыкани-
ях на землю, когда оно равно фазному напряжению сети.
Прп замыканнн через переходное сопротивление напряже-
ние Uo определяется соотношением между сопротивлением
пулевой последовательности сети и переходным сопротивле-
нием Угол между напряжением Ug п током замыкания на
землю всегда одинаков и равен углу сопротивления нуле-
вой последовательности сети. Наличие переходного сопро-
тивления лишь уменьшает Оц и сдвигает фазу последнего
относительно фазного напряжения.
В токе замыкания ва землю всегда содержатся состав-
ляющие с частотами, отличными от Промышленной, Они
291
мсгут возникать кратковременно при переходном процессе
эамыканпя на землю, а также существовать длительно
вследствие несннусоидальности напряжения сетп.
В переходном процессе замыкания на землю условно вы.
деляют две стадии [62, 63], связанные соответственно с вол-
новым процессом разряда емкости поврежденной фазы и
зарядом емкостей неповрежденных фаз. Ток разряда за.
тухаюшпй обычно в течение долей миллисекунды имеет
частоту, составляющую от едпнни до сотен килогерц. За-
рядные токи имеют частоты порядка сотен или тысяч герц
“ время нх затухания может доходить до 5—10 мс. Харак-
тер переходного процесса заряда емкостей неповрежденных
фаз приблизительно такой же, как в цепях с сосредоточен-
ными постоянными [62] Поскольку сопротивление нулевой
последовательности в основном емкостное, то наибольшее
содержанте высокочастотных составляющих второй стадии
переходного процесса имеет место при эамыканпях на зем-
лю в момент, когда начальное установившееся напряже-
ние <и« (0) проходпт через свое амплитудное значение
(рис. 10.1,а). При металлических замыканиях это происхо-
дит при замыканиях на землю в момент достижения фазным
напряжением поврежденной фазы своего амплитудного зна-
чения. Амплитуда свободной составляющей напряжения
близка к <и« (0), а поскольку частота переходного процесса
значительно больше промышленной, то и начальная ампли-
туда свободного емкостного тока существенно больше
амплитуды емкостного тока установившегося режима ic.
(в пределе как отношение частоты свободлых колебаний
<>€• к промышленной частоте <оаои). Если замыкание на зем-
лю происходит в момент, когда ио«(О)=О (рис. 10.1, а) то
амолптуда свободной составляющей тока замыкания рав-
на амплитуде 1с».
__^сл“ лля компенсации емкостного тока используются
ДГР. то при замыканиях на землю может появиться еще
одна свободная составляющая. При металлических замы-
каниях в токе появится апериодическая составляющая, а
при замыканиях через большое переходное сопротивле-
нце—периодическая составляющая с частотой, близкой к
ывоч. На рис. 10.1, д показаны составляющие свободного то-
ка металлического замыкания в компенсированной сети,
когда 1с=0 (/с<»=/дгр»). Наибольшая свободная состав-
ляющая тока через ДГР будет при замыкании на землю в
момент, когда и0»(0) близко к нулю. При этом начальная
амплитуда апериодической состпвляющей равна амплитуде
292
установившегося тока ДГР и, следовательно, при точво^
компенсации — амплитуде установившегося емкостного то-
ка. В соответствии с рис, 10.1, г, д можно поэтому сделать
вывод, что наличие ДГР мало влияет на уровень высоко-
частотных составляющих тока замыкания на землю. После
отключения замыканий на землю также возникает пере-
ходный периодический процесс, причем частота свободных
составляющих нулевой последовательности определяется
нелинейной индуктивностью TH в сетях с изолированной
нейтралью п индуктивностью ДГР в сетах с компенсирован-
ной нейтралью Частота свободных колебаний в сети с изо-
лированной нейтралью зависит от типа TH □ емкости сети
и может составлять 20—25 Ги и более. Из-за нелинейности
сопротпвленпя TH частота н форма кривой напряжении мо-
гут изменяться во времени. В сетях с ДГР частота свобод-
ных колебаний после отключения замыкания на землю бли-
зка к промышленной.
Неспнусоидальность лпнейных напряжений, вызываю-
щая появление высших гармоник установившегося тока за-
мыканий на землю, определяется пилением напряжения на
эквивалентном сопротивлении Шин питающей подстанции от
чпвавия всех понижающих трансформаторов сети. Наличие
нелинейной нагрузки- печной, тяговой и т п. — существен-
но увеличивает уровень высших гармоник тока, однако да-
же только за счет токов намагничивания спловых транс-
форматоров пх содержание составляет обычно не менее
5 % емкостного тока основной гармоники, причем гармони-
ческий состав зависит от конкретных условий и может ме-
няться в достаточно широких пределах [64]. Некоторые
гармоники могут подчеркиваться, если возникают условия
для резонанса.
Распределение по фазам н линпям свободных токов пе-
реходного процесса заряда емкости сети п установившихся
токов высшпх гармоник такое же как п составляющих про-
мышленной частоты, но влияние ДГР на это распределение
очень невелико. Уже при частоте 150 Гц наличие ДГР
уменьшает результирующий емкостный ток замыкания
только на 11 %. Поэтому показанное на рис. 10.1, а распре-
деление токов основной гармоники остается справедливым
п для составляющих Других частот. Это означает, что ток
замыкания на поврежденном присоединении равен сумме
собственных емкостных токов всех элементов сетп, причем
весь ток проходит по замкнувшейся на землю фазе повреж-
293
денного присоединения На неповрежденных присоединени-
ях ток замыкания определяется пх емкостью и проходит по
везамкнувшнмся на землю фазам, находящимся под боль-
шим напряжением относительно земли, чем поврежденная
Напряжение 4/0 может полниться и при отсутствии за-
мыканий иа землю. Наиболее характерной причиной явля-
ется несииметрня сопротивлений фаз относительно земли
(обычно на холостой системе шнн). Основная гармоника на-
пряжения нулевой последовательности, вызванного нера-
ненством фазных емкостных токов, подчеркивается при
включении ИГР и может увеличиться в несколько раз.
Замыкания на землю могут иметь перемежающийся ха-
рактер. когда дуга в месте повреждения самопроизвольно
гаснет, а затем вновь происходит пробой. Такие замыка-
ния могут приводить к значительным перенанрнжениям я
способствовать переходу однофазного замыкания в двойное
замыкание на землю & компенсированных сетия переме-
жающиеся замыкакпя происходят реже и сопровождаются
меньшими перенапряжениями.
10.2. Фильтры тонов и напряжений нулевой
последовательности
Фильтрами напряжения Щ являются устанавлвваемые
Во всех сетях с малым током замыкания на землю TH ти-
пов ЗНОМ, ЗНОЛ илп НТМИ. Частотные характеристики
этих TH таковы, что они способны без искажений транс-
формировать периодические составляющие с частотой от
2—3 Гц до нескольких килогерц. Прп более высокой час-
тотах начинает сказываться межвнтковая емкость первич-
ной обмотки В качестве фильтров тока /о на кабельных ли-
ниях илн ВЛ с кабельными вставками могут использоваться
ТТ нулевой последовательности, магннтопровод которых ох-
ватывает все три фазных провода, являющихся однобитно-
вымн первнчпымп обмотками ТТ нулевой последователь-
ности, Прп отсутствии тока /0 результирующая МДС пер-
вичных обмоток равна нулю Если магннтопровод выпол-
нен с равномерным н без зазорон расположением вторичной
обмотки по всему его периметру, то ЭДС. наведенвая ва
вторичной обмотке, также будет равна нулю. При /о=О
ЭДС вторичной обмотки может отличаться от нуля, если
токоведущие проводники располагаются несимметрично в
окне магнптопровода, а вторичная обмотка выполнена в ви-
294
де смещенных относительно
друг Друга секций Наимень-
шие ЭДС небаланса реальных
имеют место при кольцевой
форме магнитопровода, хотя
вполне приемлемые результаты
были получены в с прямоуголь-
ными магнитопроводами.
Мощность, отдаваемая ТТ
нулевой последовательности,
параметров ТТ и может быть
вычислена так же, как для из-
мерительных ТТ. Если ток /о
составляет менее 1 А, то эта мощность очень мала иа-эа
того, что первичная обмотка одновитковая. В свяэп с этим
ряд типов ТТ нулевой последовательности выполнялся с
иагнчтопроводамп из пермаллоя, обеспечивающего доста-
точно высокую индуняню при очень малых напряженностях
магнитного поля Другим способом увеличения индуидипв
магнитопроводе ТТ является его подмагничивание от посто-
роннего источника переменного тока. В кабельных сетях в
и 10 кВ наибольшее распространение получили ТТ пулевой
последовательности с кольцевыми магяптопроводами из
обычной трансформаторной стали. В связя с малой отдава-
емой мощностью этих ТТ Применяются высокочувствитель-
ные ИО.
295
В некоторых разветвленных сетях сельской электрифи-
кации 6 и 10 кВ нашлп распространение фильтры /о с при-
менением электромагнитных преобразователей тока уста-
навливаемых вблизи проводов ВЛ. а также фильтры О0,
выполненные с помощью антенн. Преобразователи могут
устанавливаться в точках, где соответственно магнитное и
электрпческое поле в нормальном режиме отсутствуют или
минимальны. Точность и отдаваемая мощность таких филь-
тров малы, но они очень просты к дешевы,
10,3, Принципы выполнения защиты и снгналнэвкяи
замыканий на землю
Замыкания на землю в сетях б—35 кВ хотя н не сопро-
вождаются большими токами повреждения, но являются
опасными ненормальными режимами, которые необходимо
в возможно короткие сроки лнняпдпровать. Немедленное
быстродействующее отключение при замыканиях на землю
применяется лпЩь в сетня, где работа с повреждением изо-
ляинп недопустима по условиям техники безопасности. Это
сети, питающие передвнжиие механизмы а карьерах, тор-
фоиредпрпятиях и т.п. [2]. В остальных сетях использует-
ся только сигнализации замыканий на землю. При поянле-
нии сигнала дежурный персонал должен провести необхо-
димые переключения и вывести поврежденное присоединение
296
:из действия. Селективные устройства защиты н свгя»-
'Лизаиии эамыканпй на землю могут выполняться с нсполь-
вованием естественных составляющих тока и напряжения
прп замыканпях или с наложением ва сеть напряжения с
частотой, отличной от промышленной, Более прост первый
способ, который и получил наибольшее распросгракевие-
Устройства могут быть выполнены реагирующими ня пол-
ные токи и напряжения нулевой последовательности, ос-
новную или высшие гармоники установившегося режима
замыканпя на землю, а также на свободные составляющие
переходного режима замыкания. Токовые устройства, реа-
гирующие на составляющие основной гармоники или пол-
ные токи, т. е. сумму основной гармоники и всех остальных
составляющих, могут использоваться в тех случвях, кисла
требуемая чувствительность обеспечивается прв отстройке
от собственного емкостного тока (с Лотс = 4"т'б)- Как пра-
вило, такие устройства используются в некомпенсирован-
ных сетях с большим числом присоединений, когда суммар-
ный ток замыкания существенно больше, чем собственный
емкостный ток наиболее длинной отходящей линии. Если
это условие не соблюдается, то устройство может быть вы-
полнено направленным, реагирующим на основную гармо-
нику тока и напряжение нулевой последовательности. В ком-
пенсированных сетях устройства епгнализакяи на основной
частоте могут быть выполнены только на активных состав-
ляющих тока замыкания ва землю. Однако выделение ак-
тивной составляющей связано с большими трудностями, так
как система ТТ нулевой последовательности —иходной пре-
образователь устройства должна иметь очень малые угло-
вые погрешности, печиелнемые долями градуса. Поэтому в
СССР они не получили распространения, В компенспрован-
иых кабельных сетях с токами замыкании, составляющими
сотни ампер, где ток замыкания (сумма основной я высших
гармонпк) может оказаться в 4—5 раз большим, чей емко-
стный ток любого неповрежденного присоединения, селек-
тивные устройства сигнализации могут выполняться реа-
гирующими на полный ток нулевой последовательности.
Устройства, реагирующие на высшие гармоники установив-
шегося режима замыкания на землю, одинаково работоспо-
собны как при наличии, так и при отсутствии компенсадлп
емкостного тока основной гармоники. Они выполняются то-
ковыми, могут реагировать не спектр высших гармонях и
осуществлять абсолютное (сравнение с уставкой) или отно-
сительное (сравнение между токами по меньшей мере двух
297
прясоедииений) измерение токоа замыкания на землю. Не-
достатком абсолютного намерения является в ряде случаев
трудность выбора уставки устройства, например в сетях с
частыми изменениями режима, когда уровень высших гар-
моник тока замыкания также может существенно изменять-
ся, однако индивидуальные устройства во многих случаях,
например в КРУ3 могут быть более удобными при монтаже
и в эксплуатации, чем централизованные, Устройства, реа-
гирующие на установившиеся токи замыкания на землю ос
ионной н высших гармоник, полринкмпу действия работают
при длительности замыкания не менее 10—20 мс, Поэто-
му очень кратковременные самоликвидирующиеся повреж-
дения изоляции они не сигнализируют, Это в большинстве
случаев нельзя считать недостатком устройств, так как про-
бои такой длительности могут практически не влиять из
надежность изоляции, а действие сигнал из а дни будет при-
водить лишь к излишней загрузке эксплуатационного пер-
сонала, причем невозможность отыскания места поврежде-
ния приведет к оценке правильного действии сигнализации
как ложного
На кратковременные пробои изоляции реагируют уст-
ройства, использующие в качестве входных величин состав-
ляющие переходного процесса замыкания на землю. По
принципу действия эти устройства селективны только в на-
чальный период замыкании, а затем факт срабатывания
должен быть зафиксирован с помощью схем памяти (при
кратковременных пробоях) или органа, реагирующего на
составляющие установившегося режима, например (Уо».
Устройства этого класса могут реагировать на знак мощ-
ности в первый момент замыкания, сравнивать знаки пер-
вых импульсов тока и напряжения замыкания, а также ам-
плитуды первых импульсов тока ва всех отходящих присое-
динениях. Первые дэа принципа практически равноценны
и отличаются только возможной аппаратной реализацией
В их основу положено из вест вое соотношение между зна-
ками первых полуволн тока и напряжения на поврежденном
и неповрежденном присоединениях. Следует, однако, отме
тить, что при коротких кабельных линиях 6 н 10 кВ [63]
частоты волнового процесса разряда емкости поврежденной
фазы очень велики, н поэтому намерение должно произво-
диться г течение микросекунд,
Устройства, реагирующие на первую амплитуду свобод,
кого тока замыкания На землю, могут выполняться только
централизованными (относительное намерение), так как
298
уровень амплитуд меняется в широких пределах в зависи-
мости от места замыкания н начального угла LZq.
Устройства с наложением напряжения нулевой последо-
вательности пониженной или повышенной частоты почти не
нашли применения в сетях 6—35 кВ из-за большой требуе-
мой мощности источников напряжения. Исключением мож*
но считать преидоженный в [65] способ создания искусств
венного тока замыкания на землю с двойной промышлен-
ной частотой путем замыкания измерительной обмотки
ДГР на диод и резистор. Однако и этот способ приводит к
более сложным решениям, чем при использовании естест-
венных составляющих токов и напряжений при замыкани-
ях на землю.
10,4, Устройства защиты и сигнализации, реагирующие
на составляющие нулевой последовательности
промышленной частоты
Для защиты и сигнализации замыканий на землю в се-
тях с изолированной нейтралью ЧЭАЗ выпускал электроме-
ханическое реле типа ЭТ Д-551 с малым потреблением, а за-
тем транзисторное реле РТЗ-5С, высокую чунстантельность
которого обеспечивал двухкаскадный усилитель постоянно-
го тока, включаемый через промежуточный трансформатор
и выпрямительный мост. Питание полупроводниковой схе-
мы осуществлялось либо от делителя напряжения 110/220 В
постоянного тока, либо выпрямленным напряжением пере-
менного тока. Токи срабатывания реле илавно регулиро-
вались от 10 до 60 мА. Мощность срабатывания реле около
12 мВ-А. По принципу действия реле РТЗ-50 реагирует на
средний ток, так как фильтрация основной гармоники /а в
нем отсутствует.
В настоящее время ЧЭАЗ освоил выпуск реле РТЗ-51,
выполненного на ЙМС [66], В реле использован активный
частотный фильтр, выделяющий составляющую промыш-
ленной частоты, и токовый ИО, аналогичный типовому то-
ковому органу устройства ЯРЭ-2201 (см § 15). Выходное
промежуточное реле включено через транзистор. Блок пи-
тания реле встроенный, как ну реле РТЗ 50. Он может
включаться на переменное напряжение 100 В или постоян-
ное напряжение НО (220) В, Ток срабатывания реле регу*
лнруется в пределах 20—120 мА, а потребляемая мощность
на минимальной уставке составляет 10 мВ’А, т. е, параметр
ры реле РТЗ-51 близки к параметрам реле РТЗ-50. Потреб*
299
Рис, 10.3. npitiTUH спальня я бхеиа защиты типа ЗЗП-1М
ление цепи оперативного тока составляет около 5 В>А на
переменном и 10 Вт —на постоянной напряженки. Частот-
ный фильтр обеспечивает загрубление в 4 раза на частоте
150 Гц и в 15 раз На частоте 400 Гц. Поэтому реле РТЗ-51
в отличие от реле РТЗ-50 реагирует практически только на
основную гармонику тока.
В устройстве HP9-220J предусмотрены блоки типов
KO71I— КО713, которые практически повторяют в части ИО
реле РТЗ 51, однако включают и орган выдержки времени
(BOJOO, ВО200 или ВОЗОО, см. § 2.7). Питание блока — об-
щее для всего устройства. Параметры ИО тока такие же,
как и у реле РТЗ-51.
Для некомпенсированных сетей 6 и 10 кВ, питающих
передвижные механизмы. ЧЭАЗ выпускает по разработке
ВНИИЭ чувствительную иапранлекиую защиту типа ЗЗГ1-
IM [3], включаемую ва ТТ нулевой носкедовательностп и
на разомкнутый треугольник вторичных обмоток TH, иа
первичные обмотки которых подаются три фазных напря-
жения. Схема защиты приведена на рис. 10.3. Усилитель пе-
ременного тока реле выиолнеЕЕ на транзисторах УТ/ и УГ2,
а чвстотнозаэпсимая ОС, обеспечивающая предваритель-
ную фильтрацию основной гармоники тока, выполняется
при помощи резистора R7 и конденсатора СЗ, Орган нап-
равления мощности выполнен по двухтактной схеме срав-
нения по углу (фаэочуъстэительный усилитель на транзис-
торах УТЯ и УТ4), имеющей угол максимальной чувстви-
тельности, равный 0 е, Поворот вектора тока, позколяющнй
получить защиту с углом <рМчв90 , достигнут тем, что
входной насыщающийся трансформатор TLA работает в
режиме, близком к холостому ходу На выходе усилителя
300
стаиавлпйается промежуточное реле KL Фильтрация
кновчой гармоники осуществляется также с помощью кон-
енсатора С4, включенного параллельно трансформатору с
взором ГУЛА Напряжение £/0 подается на все защиты ЗЗП
Ьодстанции (до 10 комплектов) через общи! фильтр с ре-
она нс ной частотой 50 Гд (ВУ-1). Важной особенностью
Высокочувствительных зашит от эамыклний на землю явля-
ется возможность повреждения их элементов при двойных
рамыканиях на землю, когда токи /0 в десятки тысяч раз
превышают токи срабатывания. Для защиты элементов
ЗЗП предусмотрены входной проволочный резистор Я/,
иноды vDI н VD2 и газонаполненный разрядник FV (РБ-
включаемый на вторичную обмотку входного трансфор-
матора TL4. Оперативное напряжение 24 В постоянного
рока может быть получено как от аккумуляторной батареи,
так л от блока питания БПН-11, Первичный ток срабатыва-
ния защиты (реле типа ЗЗП-1М, включаемое на ТТ типа
ТЗЛМ) может принимать значения 0,07; 0,5 и 2 Л Мощ-
ность, потребляемая токовым входом реле, не превышает
О Л мкВ-А при наиболее чувствительной уставке, Время
срабатывания прп двукратном токе уставки составляет
45 мс.
В ряде случаев после отключения поврежденного при-
соединении защитой типа ЗЗП-JM наблюдалось ложаое
-срабатывание этих устройств на неповрежденных присое-
динениях за счет составляющих переходного процесса в за-
щищаемой сети (емкость сети с индуктивностью намагничи-
вания TH) н в частотном фильтре цепи тока реле типа
ЗЗП-1М. Вероятность ложного срабатывания резко умень-
шается, если ток уставки реле превышает собственный ем
коствый ток защищаемого присоединения более чем в 2 ра-
за Поэтому не скедует стремиться к максимально возмож-
ной чувствительности реле. Существенно ниже вероятность
ложного срабатывании при острой настройке последова-
тельного ДС-фильтра ВУ-1 на частоту 50 Гц, так как час-
тота свободных колебаний напряжения сети после отклю
чеиия поврежденной линии обычно существенно ниже
50 Гп из-за большой индуктивности намагничивания TH.
Блок МО ПО, имеющий ту же область применения, что
и реле типа ЗЗП-1М [66], входит в состав устройства
ЯРЭ-2201. Его входная цепь по току /0 ныполнева таким об-
разом, чтобы обеспечивался сдвиг в 90° между первичным
током ТТ типа ТЗЛМ и напряжением на выходе входного
ОУ, который используется одновременно и для изменения
301
Рис, 10 4. Схемв задержке (а) се диаграмма напряжении (oj нВ эыксь
де блока MQllO
уставки реле. Ограничение напряжения на вторичной об-
мотке промежуточного трансформатора осуществляется с
помощью варистора. В цепп тока использован активный
частотный фильтр, выделяющий составляющую промышлен-
ной частоты из напряжения на вы коде входного ОУ, На*
пряжение подается на промежуточный ТН. Для ослабления
высших гармоник L/o на выходе TH установлен /?С-контур4
Входное напряжение преобразуется в свнфаэное прямо-
угольное напряжение с помощью усилителя'Ограничителя,
причем для повышения помехоустойчивости задается неко-
торый порог. Путем изменения сопротивления резистора,
подключаемого к инверсному входу ОУ, может быть вы-
брана уставка по напряжению Схема совпадения и схема
сравнения влктельностей совладения и несовпадения вы*
геол не вы аналогично рассмотренным в гл, 1.
Отлпчие заключается лишь в том, что между выходным
ОУ органа направления н выходным транзистором УГ
включена дополнительная схема задержки на время, не-
сколько большее 20 мс (рис, 10.4, а}< После появление по-
ложительного выходного напряжения на выходе А диод
VD2 заперт до тех пор, пока напряжение на конденсаторе
С не нарастет до напряжения на базе транзистора VT, пос-
ле чего последний отпирается и срабатывает выходное ре-
ле XL, Даже кратковременный возврат Органа направле-
ния приводит к быстрому снижению напряжения на конден-
саторе С (рис 104,6), так как сопротивление резистора
значительно меньше сопротивления резистора А?2. Вве<
дение замедления предотвращает ложные срабатывания за-
щиты при субгармонических колебаниях после отключения
поврежденного присоединение
302
Параметры блока МОНО близки к параметрам реле ти-
па ЗЗП-1М, Уставка первичного тока срабатывания защи-
ты (с ТТ типа ТЗЛМ} может принимать значении 0,07; 0,2;
0,5; 1,0; 2,0 А, Уставка напряженки срабатывания может
составлять 10 клн 20 В. Мощность, потребляемая в кипи
тока, составляет не более 2,5 мкВ-А при наиболее чувсгвл*
тельной уставке, т»е. больше, чем в реле типа ЗЗП-1М,
Время срабатывания при двукратном токе уставки около
55 мс.
10,5. Устройства сигннамайцин, реагирующие на высшие
гармоники установившегося тока замыкания
Устройства сигналив а кнщ реагирующие на высшие гар-
моники установившегося тока /&, нашли наиболее широкое
применение. На ЧЭАЗ по разработке ВНИИЭ выпусилЕОТСЯ
устройства типов УСЗ-2/2, УСЗ-З и УСЗ-ЗМ [67], предна-
значенные для сигнализации эамынзний на землю в ка-
бельных сетях б и 10 кВ, как компенсированных, так и не-
компенсированных.
Индивидуальное устройство типа УСЗ-2/2 содержит
иходной частотный фильтр, подавляющий составляющие
промышленной частоты к частоты более 2 кГц, выпрями-
тельный мост и двухтранзисторный усллнтель с промежу-
точным выходным реле на выходе. Срабатывание промежу-
точного реле сигнализируется с помощью тиратрона G хо-
лодным катодом. Устройство включается на ТТ нулевой
последовательности, причем для защиты элементов устрой*
ства от токов двойных эамывлний на землю на вторичную
обмотку входного трансформатора включен разрядник
РБ-2, Для отстройки от свободных периодических состав-
ляющих переходного процесса внешнего замыкания на зем-
лю, которые по амплитуде могут превышать ток срабаты-
вания устройства, транзисторный усилитель выполнен с
/?С-схемой замедления на время 20—30 не, Если переме-
жающиеся внешние дуговые замыкания длительные, то
форма кривой тока имеет вид импульсов с большой ампли-
тудой и бестоковыми паузами от 5 мс и более. Чтобы уст-
ранить интегрирующее воздействие /?С-контура в таких ре-
жимах, в схеме обеспечивается быстрый разряд конденса-
тора при токах, меньших тока срабатывания, Основной диа-
пазон частот, в котором работает устройство типа УСЗ-2/2,
от 150 до 650 Гц. Уставка устройства тина УСЗ-2/2 зада-
ется по полному емкостному току сети (от 25 до 250 А)-
303
При этом первичный ток срабатывания (при включении
устройства на трансформатор ТЗЛМ)т например, на часто
те 250 Гц изменяется от 0,95 до 4,85 А
Групповое устройство типа УСЗ^ЭМ подключается по-
очередно к ТТ нулевой последовательности вручную после
возникновенья замыкании на землю. Поочередное подклю-
чение позволяет определить присоединение с наибольшим
токОм, замеряемым выходным микроамперметром 100 мкА
Это присоединение и считается поврежденным. Входные це-
пи устройства типа УСЗ-ЭМ принципиально выполнены так
же, как устройства типа УСЗ’2/2, но отсутствует разрядник
для защиты от двойных замыканий на землю (вероятность
их возникновения в момент измерения мала), а подавле-
ние составляющей промышленной частоты более интенсив
но* [64]. Частотный диапазон устройства 250—650 Гц. На-
пример, при первичном токе ТЗЛМ, составляющем 1 А час-
тотой 250 Гц, показание микроамперметра при максимальной
чувствительности устройства — 60 мкА. Устройства ти-
па VC3-3 отличаются только отсутствием входного тран-
сформатора. Они предназначены для включения вместо
штатного амперметра на токонзмернтельные клещи типа
КЭ-44. При этом устройство эагрубляется по первичному
току примерно в 4 раза на частоте 250 Гц и меньше при бо-
лее высоких частотах
В устройстве ЯРЭ-2201 предусмотрен блок ТО4Ю, об-
ласть применения которого практически такая же, как у
устройства типа УСЗ 2/2, В дополнение к последним в бло-
ках предусмотрена возможность обеспечения срабатывания
при перемежающихся дуговых замыканиях с бестоковымп
паузами до 50 мс Напряжение на вход дополнительного
органа подается без фильтрации, а ток срабатывания от-
страивается от максимальной амплитуды тока внешнего за-
мыкания на землю В схеме дополнительного органа преду-
смотрен расширитель кратковременного входного импульса
в сигнал длительностью около 50 мс.
В настоящее время во ВНИИЭ [68[ разработаны новые
стационарные устройства, основанные на использовании
высших гармоник установившихся тока /о и напряжения
f/D. Область применения этих устройств такая же, как уст-
ройств типов УСЗ-2/2 и УСЗ-ЭМ, но удобства проектиро-
вания и эксплуатации значительно большие. Отличитель-
ной особенностью новых устройств является, во-первых,
осуществление измерении, имеющего свойства относитель-
ного, а во-вторых, введение схемы автоматического измене-
594
Рис. Ю.Д Структурная слепа устрайстиа сцгвалюацрв с авт&мзтачес*
кой регулировкой чу&сгаигельностн
кия чувствительности устройства в зависимости от уровня
токов замыкания с таким расчетом, чтобы коэффициент чув-
ствительности имел заданное значение (обычно 2,5—3). По-
этому выбор уставок не требуется.
Устройства, выполняются на микроэлектронной элемент-
ной базе, На рис 10,5 понааана упрошенная структурная
схема устройства, которая по разработке ВНИИЭ будет вы-
пускаться ЧЭАЗ вместо устройства тина УСЗ-2/2 с сохра-
нением корпуса и расположения выходных зажимов. В уст-
ройстве моделируется ток присоединения iD0=Cd«o/df, при-
веденная емкость которого С с запасом больше емкости за-
щищаемого присоединения. Тогда при внешних замыканиях
на землю сигнал в тракте, на который лодвется ток io
(фильтр //, усилитель У/ и выпрямитель В/), мевыие, чем
в тракте, па который подается ток W -Поэтому иуль-нндн-
катор НИ не дает выходного сигнала, При замыканиях на
поврежденном присоединении удовлетворяется условие
/о>/гю, поскольку устройство предназначено для примене-
ния в сетях, где результирующая емкость существенно пре-
вышает наибольшую емкость отдельных прнсоихиненнй. По-
этому НИ выдает сигнал срабатывания В устройстве пре-
дусмотрено автоматическое регулирование чувствительности
в зависимости от уровня высших гармоник тона, Для
этого на выходе второго тракта включен блок автоматичен
ского регулирования усиления АРУ, характеристика кото-
рого выбрава с таким расчетом, чтобы при более низком
уровне сравниваемых сигналов увеличивался коэффициент
передачи усилителей обоих трактов
На сходном принципе выполнено л централизованное
устройство сигнализации ПАУК, разработанное во
ВНИИЭ, На рис. 10 6 приведена упрощенная структурная
схема устройства, Устройство имеет « трактов, на о—1 из
20-660
305
Рнс LA.IL Структурная схема устройства ПАУК
которых подаются токи присоединений, в на одни— на-
пряжение н0, дифференцируя которое, на конденсаторе С
получают ток гп0 аналогично тому, как это осуществлялось
в устройстве, показанном на рнс 10 5. После фильтрации
фильтрами / сигналы, пропорциональные току высших гяр-
моних, нодаютси на усилители У с регулируемым коэффици-
ентом передачи £(/)• Сигналы от усилителей подаются на
выпрямители j5, а затем на диодный максиселектор- По
принципу действия ток будет проходить только по тому дио-
ду V7), который подключен к усилителю с наибольшим
выходным напряжением. Остальные диоды будут заперты.
Поэтому при достаточном уровне входных токов подейству-
ет только одно ПУ либо соответствующее поврежденному
присоединению, либо, при внешнем повреждении, пороговое
устройство /7Увв в тракте тока *по. Для регулирования чув-
ствительности в схеме предусмотрено устройство автома-
тического увеличения коэффициента передачи усилителей
У во времени A(Q. Оно пускается нрн появлении £/о, доста-
точного для действия пускового органа /70. В нормальном
режиме чувствительность по току всех трактов минималь-
на, что обеспечивает высокую помехоустойчивость устрой-
ства^ После срабатывания ПО начинается увеличение на-
пряжения ня выходе усилителей. Пороговое устройство
ПУ0 действует тогда, когда входной сигнал на ПУ тракта
с наибольшим током в раз больше, чем сигнал срабаты*
вання. Выходной сигнал ЛУо прекращает увеличение коэф-
фициента передачи усилителен. Такое выполнение схемы
306
лоэноляет автоматически регулировать чувствительность
устройства сигнализации таким образом, чтобы коэффици-
ент чувствительности был не менее заданного.
Важной особенностью рассмотренного принципа явля-
ется селективная работа при внешних замыканиях на зем-
лю, например, на шинах подстанции клп на присоединени-
ях, не охваченных устройством Простые токовые центра-
лизованные устройства в таких случаях за поврежденное
выберут присоединение с наибольшим собственным емко-
стным током Наличие тракта внешних повреждений пре-
дотвращает эту возможность
В устройствах ПАУК, устаяокленных в эксплуатацию в
Ленэнерго, предусмотрена периодическая автоматическая
проверка схемы, включая ТТ нулевой последовательности,
установленные на кабелях, Для этого в устройство встроен
генератор с частотой 250 Ги, от которого при проверке по-
дается ток на дополнительную первичную обмотку ТТ, Сиг-
нализируется как факт неисправности, так и номер неис-
правного блокв^ Предусмотрена возможность подключения
устройства к существующей аппаратуре телесигнализации,
На воздушных линиях, если нет возможности использо-
вать кабельную вставку, серийные устройства сигнализа-
ции не могут быть использованы, так как все они рассчи-
таны на подключение к ТТ нулевой последовательности.
При наличии трехфазных ТТ в нулевой провод их вторич-
ных обмоток можно включать промежуточный ТТ, эк в ива-
лентвый по выходным параметрам ТТ нулевой последова-
тельности. К сожалению, такие промежуточные ТТ серийно
промышленностью не выпускаются. Во ВНИИЭ [69] был
предложен способ выполнения защиты и сигнализация за-
мыкании на землю, основанный на сравнении средних зна-
чений высших гармоник токов !0 в трех фазах. Как было
показано на рис. ЮЛ, л, на поврежденных присоединениях
токи замыкания в поврежденной фазе существенно больше
токов замыкания в двух Других фазах, а на неповрежден-
ной линии — наоборот.
Устройство, реагирующее на соотношение токов в фа-
зах, является селективным независимо от соотношения ме-
жду емкостями поврежденного и неповрежденного присое-
динений
Упрощенная структурная схема устройства, которое при
наличии трехфазных ТТ может быть использовано идя за-
щиты и сигнализации замыкания на землю любых присое-
динений, показана на рнс. 10 7 Основная особенность уст-
20*
307
ройства — выполнение логического измерительного органа.
При замыкании на землю защищаемого присоединения ток
в тракте, соответствующем поврежденной фазе В (Л), ра-
вен сумме примерно одинаковых токов (Jg-Нз) дну* дру-
гих трактов Усилители постоянного тока УПТ А и УПТ С
в этом случае дают выходное напряжение со знаком, соот-
ветствующим полярности Диодов VD4 и У£>6, в связи с чем
на выходе схемы И С появится сигнал, а на двух других он
будет отсутствовать Если замыкание на землю — внешнее,
например на фазе С, то изменится полярность тока /21 н
поэтому только у усилителя УПТ С полярность выходного
иалраклення будет соответствовать полярности диода 1Ф6.
Поэтому выходной сигнал не появится ни на одной из схем
//. 0 схеме устройства предусмотрен блок A (Y), который из-
меняет коэффициент передач л усилителей У А, У В и У С
во времени до тех пор, пока не сработает пороговое уст-
ройство ПУ, Сигнал его срабатывания выбирается с таким
расчетом, чтобы уровень напряжений, подаваемых на УПТ,
был в Ач раз выше, чем необходимо для надежного форми-
рования выходных импульсов, т.е, так же, как в устройст-
ве ПАУК- Образец устройства со сравнением уровней то-
ков в фазах типа 330 успешно эксилуатируется в сети
35 кВ, причем его питание осуществляется от магнитных
преобразователей тока (см, гл. 3),
Для отыскания поврежденных участков разветвленных
сетей 6—35 кВ разработан ряд переносных устройств, в ко-
торых осуществляется контроль тока с помощью встроен-
ных в прибор магнитных преобразователей тока, а в кеко-
300
торых и контроль напряжении с помощью штыревой антен-
ны [70]- Наиболее Широкое распространение получил тран-
зисторны й прибор кПонск-1*. В этом приборе к магнитному
преобразователю подключен двойной Т-образный /?С-
фнльтр, подавляющий основную гармони л у н подчеркива
ющий в зависимости от настройки 5, 7, U или 13-ю гармо-
ники К выходу фильтра подключаются транзисторный уси-
литель переменного тока, выпрямитель и измерительный
прибор. В устройстве имеется штыревая антенвв, к выходу
которой может быть подключен усилитель. В этом случае
прибор позволяет определять наличие напряжения L/&, так
как при его отсутствии и задаваемом расположении пр ибо
ра электрическое поле в области антенны мало.
При отыскании замыкания на землю прибор устанав-
ливают под линией на расстоянии 6—8 м от ее осн, а маг-
нптопровод магнитного преобразователя должен распола-
гаться перпендикулярно осн проводов. Как правило, все из-
мерения проводятся на частоте настройки 250 Гц, а еслп
результаты сомнительны, то можно провести измерения и
на других частотах. Минимальный ток замыкания на зем-
лю сети, в которой может использоваться прибор, состав
ляет 1 А Модернизация прибора «Поиск-]> с учетом дру-
гих разработок привела к созданию прибора такого же
назначения тина «Волна», имеющего только две частоты
настройки 250 и 550 Гц, более простое управление и в 2,5
раза меньшую массу (1,5 кг).
Более сложный переносной прибор «Зонд» реагирует на
и ал р а вл ей не мощности Н-й гармоники нулевой последова-
тельности. В приборе имеются два независимых усилитель-
ных тракта — тока (от магнитного преобразователя) и на-
пряжения (от антенны) и фазочувствительный транзистор-
ный усилитель, на выходе которого включен из мерительный
прибор. Преимуществом прибора является возможность на-
чала поиска повреждения из любой точки ВЛ.
16.6, Устройства эищнты ц сигнклнэацнн,
реагирующее на составляющие переходного процесса
замыкания на землю
В настоящее время, в основном для сетей 20—35 кВ, се-
рийно выпускается импульсная направленная защита тока
типа ИЗС [71] Действие защиты основало на контроле на-
чального знака направлении мощности нулевой последова-
тельности при замыканиях на землю. ЗащитЙ вллгочаетеяв
309
пулевой провод ТТ, соединенных в звезду, и На напряжение
Uo от TH Как показали исследования ЭНИН, частотны*
характеристики современных TH таковы, что крутые фрон-
ты волны первичного напряжения могут вызвать собствен-
ные переходные процессы в TH, влияющие на измерения.
Поэтому время определения направления мощности ие дол-
жно быть менее 20 мкс, чтобы собственные переходные про-
цессы затухли до момента намерения
Орган направления мощности на кольцевой фазочувстви*
тельной схеме подключается к цепям тока н напряжения че-
рез фильтры верхних частот, подавляющие основные гар*
моннкн и пропускающие состаеляющие частот выше 1 кГц,
В зависимости от начального знака направления мощности
срабатывают отключающий или блокирующий орган, вза-
имно блокирующие друг друга и фиксирующие первое из-
мерение, Эта блокировка длится н течение всего времени,
пока работает дополнительный орган, реагирующий на G'o,
Такое выполнение защиты предотвращает ее неправильное
функционирование при перемежающихся дуговых замыка-
ниях н коммутациях в течение времени установившихся за-
мыканий В защите предусмотрено устройство тестового
контроля, Защита ПЗС может работать без выдержки вре*
менц или с временем около 1,5 с, В зависимости от усло-
вий она действует на отключение или на сигнал. Амплиту-
ды импульсного тока срабатывания 0,2 и 0,4 А, а напряже-
нии срабатывания 2 В. Собственное время срабатывания
защиты с выходным реле 40 мс.
Был предложен ряд централизованных устройств сигна-
лизации, реагирующих на свободные составляющие пере-
ходных процессов, однако в настоящее время серийно вы-
пускаются только устройства сигнализации замыканий на
землю типа УЦСЗ-20 на 20 и типа УЦС360 на 60 кабель-
ных линий 6 и 10 кВ. Принцип действия устройства осно-
ван на заряде конденсаторов емкостью 0,5 мкФ выпрямлен-
ным л токами от ТТ нулевой последовательности, установ-
ленных на присоединениях, контролируемых устройством.
Минимальное напряжение заряда составляет 25 В, а мини-
мальное время импульса 10 мс. Сравниваемые напряжения
должны различаться не менее чем на 15 В. С помощью ди-
одного максиселектора (вместо шагового искателя в уст-
ройстве-прототипе «Земля*) выделяется присоединение с
наибольшим током замыкавпя на землю. Ток разряда ион*
денсатора поврежденного присоединении при наличии сиг-
нала от пускового органа, реагирующего на t?0 (иапряже-
310
ние срабатывания от 10 до 25 В), усиливается транзисто-
ром и открывает тиристор, в цеди которого включена лампа
накаливания. сигнализирующая замыкание на землю соот-
ветствующего присоединения. Устройство имеет контакт-
ный выход для сигнализации замыкания на землю по (Л,
Возможны режимы с накоплением информации при неус-
тойчивых замыканиях на землю, а также с ес сбросом при
исчезновении Uo- Предусмотрена встроенная схема для про-
верки работоспособности устройства Устройство включа-
ется на ТТ нулевой последовательности и разомкнутый тре-
угольник вторичных обмоток TH
Глава одиннадцатая
ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
11.1. Основные я резервные защиты трансформаторов ।
В соответствии с [2] оснонными защитами трансформа-
торов (автотрансформаторов) от внутренних повреждений
являются газовая н продольная дифференциальная, кото-
рые должны устанавливаться на трансформаторах мощно-
стью 6,3 МВ-А в выше, а в ряде случаев и на менее мощ-
ных трансформаторах, При мощности трансформаторов ме-
нее 1 МБ-А вместо дифференциальной защиты применяют
токовую отсечку, а газовую ие устанавливают. Основные
зашиты действуют на отключение всех выключателей тран-
сформатора без выдержки времени
Для защиты понижающих трансформаторов мощностью
1 МВ-А п более от между фазных КЗ используются МТЗ
с комбинированным пуском по напряжению клц без него.
На повышающих и мощных понижающих трансформаторах
с дзусторонним питанием для защиты от несимметричных
КЗ применяют токовые эащпты обратной последовательно-
сти, а от симметричных — МТЗ с минимальным пуском на-
пряжения.
На понижающих автотрансформаторах напряжением
330 кВ и выше предусматривается дистанционная защита
для действия при междуфаэных КЗ в случаях, когда это
необходимо для дальнего резервирования или согласования
зашит смежных напряжений. На автотрансформаторах и
многообмоточных трансформаторах защиту от внешних
311
междуфаэных КЗ выполняют направленной, если это необ-
ходимо по условиям селективности.
На понижающих трансформаторах со вторично)! обмоь
кон, соединенной в звезду с заземленной нейтралью, дол-
жна предусматриваться защита от однофазных КЗ в сети
низшего напряжения. Если МТЗ на стороне высшего напря-
жения или автоматические выключатели на выводах низ-
шего напряжения не обеспечивают требуемую чувствитель-
ность при этом виде повреждения, то в нулевом проводе
трансформатора устанавливают специальную защиту [2].
11.2. Продольная дифференциальная защита
Особенностью дифференциальной зашиты трансформато-
ра и основной трудностью, с которой приходится сталкн-
вэтъси шж ее выполнении» является неравенство нулю сум-
мы МД С его обмоток. 0 схеме замещения трансформатора
это характеризуется наличием поперечной ветви, по кото-
рой проходит намагничивающий ток. Поэтому в дифферен-
циальной цепи защиты кроме токов небаланса всегда про-
ходит и ток намагничивания защищаемого трансформато-
ра, В установившемся режиме этот ток не превышает 1—
2 % номинального н практически не влияет на чувствитель^
ность и селективность защиты за исключением случаев ра-
боты трансформатора с напряжениями^ превышающими но-
минальное, когда ток намагничивания может быть соизме-
римым с токами срабатывания чувствительных дифферен-
циальных защит, если они составляют 0,2—0,25 номиналь-
ного, При подаче напряжения на трансформатор или вос-
становлении напряжения после отключения КЗ ток на-
магничивания резко возрастает,
Не рис. 1],1,а доказаны кривые напряжения н, потока
Ф и тока намагничивания при подаче напряжения на ве-
пзгруженный однофазный трансформатор. Для упрощения
характеристика намагчнвдння принята спрямленной, а со-
противления обмоток и источника — малыми по сравнению
с сопротивлением ветви намагничивания. Наибольший бро-
сок намагничивающего тока (БНТ) будет при подаче на-
пряжения с начальной фазой, равной О'влп 180°. Посколь-
ку установившийся поток Ф» в этот момент проходил бы
свое максимальное значение» а результирующий поток не
может изменяться скачком, то возникает апериодическая
составляющая потока Фсъ в результате чего кривая резуль-
тирующего потока Ф = ФСВ4-Ф« оказывается смещенной.
312
Рнс, 114. Построение кривой БНТ однофазного трансформатора (о)
я возможная форма кривой БНТ в трехфаэном трансформаторе (6J
На рис, 1],1,а показано построение кривой намагничиваю-
щего тока при переходном процессе. Этот ток пмеет вид од-
нополярных импульсов, уменьшающихся по мере затуха-
ния Фь Ширина основания импульсов определяется точками
пересечения кривой Ф с прямой Ф(. При установившем-
ся потоке Фс ток намагничивания идеализированного тран-
сформатора становится равным нулю, Таким образом, по-
явление апериодической составляющей потока приводит к
резкому увеличению тока намагничивания. В современных
снаовых трансформаторах с магнито про воде ми на высоко-
качественной электротехнической стали амплитуда одаопо-
лярного БНТ может достигать 6^-8-крагных значений по
отношению к номинальному току, в основание однополяр-
ного импульса составляет до двух третей периода,
В трехфаэных трансформаторах картина появления
БНТ более сложная пэ-эа влияния других фаз. Форма БНТ
зависит от группы соединений трансформаторов и разно-
временности включения его фаз. При этом могут создаться
условия, когда в Двух фазах БНТ имеют одинаковые и
встречно направленные апериодические составляющие.
В этом случае БНТ будет периодическим. На рлс. 11.1,6
показано упрошенное построение токов намагничивания
для такого случая. Амплитуды периодического БНТ суще-
ственно меньше, чем апериодического, но тем не менее мо-
гут превышать номинальный ток.
Отстройка от БНТ по току срабатыванпн приводит к
значительному загрубленпю дифференциальной защиты, но
благодаря простоте таком метод находит применение для
выполнения так называемой дифференциальной отсечки
313.
]2]. Отстройка по времени от БНТ недопустима как с точ-
ки зрения замедления ликвидации повреждения, так и по
условиям согласования защиты сети с защитой трансфор-
матора, Поэтому при выборе принципа выполнения ИО
чувствительной и быстродействующей защиты трансформа-
тора основное внимание уделяется проблеме отстройки от
БНТ Эта отстройка осуществляется путем выявления осо-
бенностей формы кривой БНТ по сравнению с формой кри-
вой тока КЗ Однополярный характер БНГ является одной
из таких особенностей, однако и ток КЗ в зоне действия
Дифференциальной защиты может иметь апериодическую
составляющую, хотя, как правило, более быстро затухаю-
щую, Если в одной из фаз бросок тока намагннчнваЕщя пе-
риодический, то признаком этого могут являться апериоди-
ческие броски в двух других фазах.
В БНТ всегда имеются четные гармоники вследствие не-
одинаковости переменной составляющей броска в снежные
полупериоды. Нужно, однако, иметь в виду, что и во вто-
ричном токе ТТ четные гармоники могут появляться при
КЗ в зоне за счет насыщения кагнитопровода ТТ апериоди-
ческой составляющей тока КЗ. Наконец, в БНТ (или в про-
изводной броска) всегда имеется бестокоэая пауза, т.с. ин-
тервал времени, когда ток намагничивания мал (Д( иа
рис. 11.1,6). Но такие бестоковые паузы могут быть и во
аторпчном токе ТТ не только при наличии апериодической
составляющей тока КЗ, ьо и при очень больших кратностях
периодического тока (гл. 3).
Таким образом, если ТТ работает с большими погреш-
ностями, то нет Нн одного признака, ио которому можно бы-
ло бы качественно отличить БНТ от тока КЗ, и ПО, отстро-
енные от БНТ, могут работать с замедлением пли Отказать
прп КЗ в трансформаторе нз-за погрешностей ТТ- Поэтому
создание ИО дифференциальных защит трансформаторов
связано с выбором решений, приемлемость которых дол-
жна проверяться достаточно сложным анализом и натур-
ными испытаниями. Как правило, высокочувствительная
дифференциальная защита по условиям Отстройки от БИТ
можег быть выполнена для ограниченного диапазона то-
ков КЗ, когда погрешности ТТ не превосходят определен-
ных пределов. При больших токах, когда погрешность ТТ
может прнвестп к отказу чувствительного ИО дифференци-
альной защиты, во многих случаях предусматривается дей-
ствие грубых ИО, отстроенных от БНТ.
Как и всякая дифференциальная токовая защита, заши*
314
та трансформаторов должна быть отстроена от токов неба-
ланса при внешних 1^3. Для предотвращения излишнего
срабатывания обычно используется торможение ИО цирку-
лирующими токами. Анализ погрешностей ТТ при внешних
КЗ связан с дополнительными трудностями вследствие то-
го, что прп группе соединения обмоток защищаемого тран-
сформатора звезда—треугольник ТТ дифференциальной
защиты также включаются в треугольник и в звезду Для
компенсации сдвига по углу между токами сторон высшего
и низшего напряжений трансформатора. Прп включении в
треугольник нагрузка, а следовательно, и погреши ост и ТТ
зависят от токов в других фазах.
При использовании электромеханической элементной ба*
зы наиболее простым и надежным способом выполнения
ИО дифференциальных токовых защит является включение
токового реле через насыщающийся трансформатор тока
(НТТ) [72], Индукция в магнптопроводе НТТ выбирается
с таким расчетом, чтобы при периодических токах, близких
к току срабатывания, она составляла около 1,35 Тл [3]. Ес-
ли в первичном токе НТТ имеется апериодическая состав-
ляющая, то его магннтопровод насытится (см. гл. 3) и нс
будет трансформировать и переменную составляющую.
Дпфференииальные защиты с использованием НТТ получи-
лп наиболее Шпрокое распространение н СССР, где о Ин в
течение долгого времен» являлись единственными серийно
выпускаемыми защитами. Их недостатки, присущие само-
му принципу выполнения, — необходимость отстройки от пе-
риодического БНТ и апериодического БНТ при насыщений
ТТ, а также относительно большое потребление, привели к
тому, что в защитах, выполняемых на полупроводниковой
элементной базе п значительно более чувствительных, бы-
ли использованы другие принципы.
В зарубежной практике наибольшее распространение
получили ИО дифференциальных зашит с торможением или
блокировкой от четвых гармоник дифференциального тока-
Это способ э большинстве случаев позволяет предотвратить
излишние срабатывания как прп апериодическом, так н
при периодическом БНТ. В состав защиты ^обычно входит
и дифференциальная отсечка, назначением которой явля-
ется действие на отключение при внутренних повреждениях
с большим током КЗ, когда четные гармоники могут по-
явиться за счет насыщения ТТ. Наличие частотных фильт-
ров приводит к увеличению времени действия защиты, хо-
тя и не очень значительному.
315
7
Рнс, 1JJ?. формы крлпои дифференциального тона дифференциальной
защиты трансформации
Применение ИМС в качестве элементной базы делает
перспективными ИО, в которых используется в рем я импуль-
сный способ, рассмотренный выше при описании токовых»
дистанционных п Других ИО на ИМС, Поэтому Очень эф-
фективным оказался известный метод, основанный на оцен-
ке длительности бестоковой паузы дифференциального то-
ка [73]. При периодических и апериодических БИТ дли-
тельность паузы больше, чем при внутреннем КЗ. Однаио
погрешности ТТ могут привести как к появлению бестоко-
вых пауз при внутренних КЗ, так и к их уменьшению при
броске намагничивающего тока. В первом случае отказ за-
щиты предотвращается использованием дифференциальной
отсечкн, работающей при больших токах внутреннего КЗ.
На рис. 11.2 приведены формы кривой дифференциального
тока (переменного н выпрямленного) при апериодическом
БИТ б), периодическом БИТ (а) и КЗ (г), При аперио-
дическом БНТ и насыщении ТТ значительных бестоковых
316
пауз нет. В [73] предложен остроумный метод восстановле-
ния бестоковой паузы с помощью корректирующего эвена,
если постоянная времени близка постоянной времени вто-
ричной цепи ТТ. Такпм обрезом, используя корректирую-
щее звено, например трансреактор с резистором, можно по-
лучить напряжения, имеющие малые значения в интерва-
ле Д1. Эти интервалы максимальны при апериодическом и
минимальны при периодическом БНТ. В рем я импульсный
принцип ныдцхсння БНТ использован в выпускаемой
ЧЭАЗ дифференциальной защите мощных трансформаторов
типа ДЗТ’21.
В МЭН был исследован оригинальвый метод выявления
БНТ, основанный на выпрямлении дифференциального то-
ка и выделении постоянной составляющей н составляющей
промышленной частоты выпрямленного тока (С. Салех,
X. Л. Михайлов). Из рис. 11.2 видно, что наличие а пер по-
ди ческой состалхяющей ил л четных гармоник (отличитель-
ной чертой таких токов является неодинаковость положи-
тельного и отрицательного полупериодов) приводит к появ-
лению в выпрямленном токе составляющей промышленной
частоты, которая, таким образом, характеризует обе отли-
чительные особенности БНТ, При периодическом и аперио-
дическом БНТ (рнс. 11.2, о, в), в том числе и при насыще-
нии ТТ (рнс. 11.2,6), перпод затухающего выпрямленного
тока равен периоду промышленной частоты Т. При выпрям-
лении синусоидального тока (рис. Н 2,а), в также
установившегося вторичного тока резко насыщенного
ТТ (рис. ]L2,d) период выпрямленного тока составляет
Т/2, т. е* его освовная гармоника имеет двойную час-
тоту, а составляющая промышленной частоты отсутст-
вует,
Таким образом, составляющее промышленной частоты
выпрямленного дифференциального тока могут быть исполь-
зованы для блокировки дифференциальной защиты при
БНТ. Однаио время действия такого ИО может быть отно-
сительно большим при наличии апериодической составляю-
щей в токе КЗ. Исследования, ироведенные А. М. Дмитренко
(ВНИИР), показали, что наилучшне результаты получа-
ются при использовании упомянутого выше дифференци-
ального эвена (травереактора), которое резко ослабляет
апериодическую составляющую и подчеркивает период и че-
окне. В этом случае обеспечивается минимальное за медне-
ние защиты при внутренних КЗ. В [74] предложена инте-
ресная времяимпульсная реализация этого принципа в днф-
317
ференцкзльной защите понижающих трансформаторов к
электродвигателей, вх едящей в состав устройства ЯРЭ-
2201.
11,3. Дифференциальные защиты с НТТ
Наилучшпе условия отстройки от БНТ в соответствии с
гл. 3 достигаются при прямолинейной характеристике на-
магничивания НТТ, В простом двухобмоточном НТТ к это-
му условпю можцо приблизиться, если разнести Первичную
ir вторичную обмотки на разные стержни магнито пр овода.
Тогда существенно уменьшается магнитная связь между об-
мотками, Но даже прп идеально прямоугольной характери-
стике намагничивания НТТ неизбежна трансформация об-
ратной полуволны дифференциального тока, которая может
иметь место как в БНТт так и во вторичном токе ТТ, транс-
формирующем однополярный бросок.
5 [72] рассмотрены НТТ с повышенной степенью подмагинчивлнвя
аг апериодической составляющей тока. Принцип действия такого НТТ
(НТТК) основап на ослаблеапи переменной сосГввлнющей МДС пер-
вичной обмотки при мело изменяющемся значении апериодической со-
ставляющей МДС.
Симметричная схема, иллюстрирующая прининп НТТК, показана на
ряс, Ц.З.о. На одном стержне с и&ранлкой обмоткой Ш| расположена
короткозамкнутая обмотка гь», питающая две обмотки схватынвю-
щие крайние стержни. Если число вотков ин принять равным нулю, то
ив,лпчие обмотки up,: резко осла б ат результирующую МДС, вызываю-
щую переменный поток Фъ и практически не повлияет ив МДС, опре-
деляющую апериодический поток Ф,. П пл яркость вторичных обмоток
Рис* 1L.3. Принппппвльвы? схемы 1ITTK (а) и реле серии РНТ-560 «Ц
318
выОрднв так, чтобы лоток Ф[ вызывал появлении- двух одинаковым ЭДС
протнвоположЕЕого знака, т. е, не создавал тома в реле КА При янслс
витков шн, отличном от нуля, МДС этил обмоток приведет к появлению
потока Ф£„ названного двойной трансформацией дифференциального
токе. Поток Фд. вызовет появление тома в реле ХД. Так как ЭДС об-
моток и1» можно сделать меньше, чем МДС первичной обмотки при от-
сутстанл короткозамкнутых обмоток, влияние апериодической составля-
ющей резко возрастает л вторичный ток в реле КД может быть малым
даже при заметных отрицательных полуволнах дифференциального то-
на, Чувстап1ельность зашиты при этом соответственно понижается.
Другими словами, наличие короткозамкнутых обнОтОК равносильно
уменьшению или устранению обратной полуволны МДС первнчНоП об’
мотки за счет уменьшения периодического рабочею потока.
На базе НТТК выпускаются реле серин Р НТ-&60
(рис. ИД б), В отличие от симметричной принципиальной
схемы трансформатор реле РНТ выполнен с несимметрич-
ным расположением обмоток. Вместо двух обмоток ис-
пользуется только одна с двойным числом витков и созда-
ющая поэтому такую же МДС. Для регулирования тока о
короткозамкнутом контуре предусмотрен резистор. Вторич-
ная обмотка расположена только на одном из стержней, что
вызывает появление тока в реле и за счет первичного пото-
ка Ф], Такое исполнение принято для увеличения тока в ре-
ле при больших кратностях дифференциального тока, по-
скольку а периодический поток, насыщая магни то провод,
существенно снижает как поток, вызнанный током двойной
трансформаций, так и первичный поток, и без того ослаб-
ленный наличием короткозамкнутых обмоток.
Первичная обмотка трансформатора реле РНТ выпол-
нена с Двумя или тремя секциями и большим числом ответ-
влений для выравнивания тонов от ТТ дифференциальной
защиты двух- и трехобмоточных трансформаторов. В каче-
стве выхоцяого используется реле РТ-4О, ток в котором мо-
жет регулироваться с помощью резистора. Дифференциаль-
ная защита с реле серин Р НТ-560 не имеет торможения от
сквозного тока КЗ и поэтому не всегда может быть выпол-
нена достаточно чувствительной, особенно на трансформа-
торах с регулированием под нагрузкой (РПН),
Для выполнения дифференциальной защиты с повышен-
ной чувствительностью в схему НТТ необходимо ввести эле-
менты, обеспечивающие эффективное торможение при внеш-
них КЗ, Удачное сочетание НТТ и схемы с торможением
было предложено на базе трехстержаевого НТТ [72], Пер-
319
Р*с ИЛ. Принципиальная схема реле серии ДЗТ-IQ (а) и его- тар*
мозные ларактернстпки (<5)
вячнад обмотка расположена на среднем стержне» а вторич-
ные обмотки —на крайних, что увеличивает эффективность
подмагничивающего действия апериодической составляю-
щей, Торможение достигается за счет насыщения стержней
магнитопровода потоком от тормозных обмоток, по кото-
рым проходит ток сквозного КЗ. Тормозные обмотки рас-
колагаютсн на крайних стержнях, причем их полярность
выбирается таким образом, что ЭДС, наведенные во вто-
ричных обмотках тормозным потоком, равны к имеют про-
тивоположный знак, т. е, результирующая ЭДС вторичных
обмоток равна нулю, Такое включение одновременно резко
уменьшает магнитную связь между рабочими н тормозны-
ми обмотками.
На этом принципе выполнены реле серии ДЗТ-]0 с тор-
можением от сквозных токов КЗ (рис. 11,4, а), В крайних
стержнях иагнптоИровода НТТ потоки создаются суммой и
разностью векторов МДС рабочих Fp и тормозных Ft об-
моток; Степень торможенпя зависит поэтому не только от
значений МДС, ио и от их фазы. Поэтому характеристики
Fp—f(FT) реле серин ДЗТ-10 задаются в виде области с
граничным л кривыми 1 и 2 (рнс, 11.4,6). В области I за-
щита не работает, в области // она может работать плп не
работать в зависимости от угла между рабочим и тормоз-
ным током, а в области III срабатывает всегда, В реле се-
рии ДЗТ-iO, так же как и в реле РНТ, предусматриваются
уравнительные обмотки на среднем стержне и большое чис-
ло ответвлений иа всех первичных обмотках для регулиро-
вания тока срабатывания, выбора тормозных характера-
320
”9
Рнс, И. Б. Принципиальная схема включении детектора искажения
формы дифференциального гокн (а) я форма хриооП токов и напря-
жений а Неи (о, а)
стнк и выравнивания МДС в плечах дифференциальной за-
щиты. На вторичные обмотки реле серии ДЗТ-10 включается
токовое реле РТ-40, ток в котором может регулировать-
ся с помощью переменного резистора.
21-660
321
Ток срабатывания дифференциальной защиты зрансформаторон с
реле РНТ и ДЗТ-10 но условиям отстройки от периодических БНТ со-
ставляет обычно около 0,9—1,3 номинального (Э9|; по современным тре-
бованиям п возможностям эти защиты следует отнес<п к весьма Грубым.
Был предпринят ряд попыток повысить чувствительность этих днффе-
редцнальных ззиинт введением нопилнптелъяых устройств для отстрой-
ки от периодического БНт. В 175} было предложено реле типа РНТМ-
565, отличающееся гем, что в нем предусмотрено шуктнроивние выход-
ного реле РТ-40 сим и сто ром, управляемым устройством детектирования
искажения формы кривой дифференциального тока (рнс, ] 1.5, а). Тран-
зисторное устройство управления включено через тренсреактор ТА V в
цель короткозамкнутых обмоток мгЕ Н'ГГ реле Р1П-56О, ток в которых
и требуемом Диапазоне изменения Пропорциипадей дифференциальному
току. С помощью схемы расШепДЕння £2, Cf, С2, рассчитанной на
промышленную частоту, выпрямительною моста VS2 и ЯС-филыра ДО,
CJ обссивчпввются высокий уровень сглаживания выпрямленного на-
пряжения при синусоидальном токе гс эиачнтельквя пулъсаппя этого
напряжения при искаженной форме кривой тока.
При малой Пульсации напряжения, например При Синусоидальном
токе (рнс. 115,6), иотенпнал базы выше, чем потенциал змппера
Ир транзистора k'TJ, и последний заперт, т. е. напряжение на коллек-
торе Wk практически отсутствует. При значительно)! пульевцин вы-
прямленного напряжения практически повторяют его изменения
(рис. I ].3, в), а скорость уменьшения ниже благодаря Ннсрляоцностц
контура Я7 СР. Поэтому в течение определенного интервала времени
и транзистор VT1 открывается (««>(!).
Расширитель нмпулъсоэ, выполненный на транзисторе VT2, резис-
торах ДО—Rfi и конденсаторе Сб, поддерживает непрерывный сигнал
на базе транзистора УТЗ, если входной ампульс и( появляется каждый
лариод. Пря открытом тровзпеторе VT3 открывается также енмпстор
I’D?, Шунтируя реле КА (PT-4G) и тем самый эагрубляя защиту. Эа-
грубленке защиты происходит как при БНт, так н яри насыщении ТТ
токами сквозного КЗ. Дифференциальный ток защиты понижающих
трансформаторов с РИН может содержать значительную синусоидаль-
ную составляющую, которая заблокирует работу детектора искажения
формы кривой. Поэтому в реле РНТМ-565 прел усмотрена нюрая схе-
ма управления ключом, выполненная с помощью промежуточного транс-
форматора TAL, якшеяеиного последовательно с уравнительной обмот-
кой стороны низшего напряжения, регулируемого резне! ора /3 /, моста
к5Т, слаживающего конденсатора Cj н стабилитрона I'D/, падающего
ворог срабатывания, Прн внешних КЗ шунтирование реле ЛА происхо-
дит при токах, больших наибольшего тока нагрузки, в при внутренних
КЗ тол в 7AL отсутствует. Введение детектора искажения позволило
уменьшить ток срабныяаипя дяффервнцгальиой защиты с реле РИТМ-
322
560. до 0,3—0,5 ко к и ца ль кого. Опытная партия реле РЯТМ-565 была
выпун1енА на ЧЭАЗ н установлена в РЭУ Красяодарзнерго |75|, Для
защит с реле РНт п ДЗТ, уже находящимся в эксплуатации, рвэрабО'
тана авюломная приставка УБ, принцип действия которой аналогичен
использованном у в реле РНТМ-555. Опыт эксплуатации и Нелом поло-
жнгелъныА, однако в широкое серийное лропэнодстно приставка не была
ннедрепа
ПЛ. Дифференциальная защита понижающих
трансформаторов в составе устройства ЯРЭ-2201
При разработке на новой микроэлектронной элементной
базе Дифференциальной защиты для понижающих транс-
форматоров распределительных сетей и мощных электро-
двигателей неприемлемыми оказались как защита с НТТ,
так и защита мощных трансформаторов типа ДЗТ-21. Пер*
вые пэ в их, хак было показано выше, не обеспечивают не-
обходимой чувствительности, а вторая слишком сложна.
Поэтому для устройства ЯРЭ-2201 была разработана за-
шита [74], ИО которой выполнен с блокировкой от состав’
ляющей промышленной частоты выпрямленной производ-
ной дифференциального тока (§ 11.2). Напряжение. прак-
тически пропорциональное производной дифференциального
тока, выпрямляется и подается на частотный фпльтр, на-
значением которого является выдеденпе постоянной состав-
ляющей п переменной составляющей промышленной час-
тоты, причем коэффициент передачи для этих составляющих
берется разным. На рпс. 11.6 показаны кривые напряжений,
полученных после такой фильтрации. В напряженпп д име-
ется постоянная и переменная составляющие. Если вы-
полнить ИО таким образом, чтобы его пороговое устройст-
во срабатывало в случае, когда вся кривая и расположена
выше некоторого небольшого напряжения срабатывания
Uc, то коэффициент торможения определится Практически
отношением амплитуды переменной и постоянной состапая-
ющих и. Времяимпульсный орган, включаемый На выходе
порогового устройства, дает выходной сигнал, если порого-
вое устройство находится в сработанном состоянии более
22 мс (прп внутреннем КЗ), т. е. с запасом более длитель-
ности периода промышленной частоты (рнс. 11.6,6), При
БНТ переменная составляющая напряжения и настолько
велика, что на выходе порогового устройства появляется
кратковременный пропуск и ИО не срабатывает
(рнс. 11.6, а).
21*
323
Рис. LJ.& Кривые из Li ряжен ни времнныпулъсного ИО дифференциаль-
ной защиты трансформатора при разных уровнях тормозною напря-
женно пронышленноЛ частоты
Дифференциальная защита в устройстве ЯРЭ-2201 мо-
жет использоваться а двух- и трехфазном исполнении. На
рис, ] 1,7 приведены упрощенные принципиальные схемы
блоков защиты для одной фазы. В блоках датчиков (ДОЗ 10
для трехфазвого п ДОЗ20 для двухфазного исполнений) ус-
тановлены входные травсреакторы TAV и конденсатор С/
для подавления высших гармоник частотой выше I кГц.
При таком выполнении входных цепей апериодическая со-
ставляющая дифференциального тока подавляется, а вы о
шие гармоники усиливаются примерно в п раз, где п—но-
мер гармоники. Поэтому составляющая промышленной ча-
стоты выпрямленного напряжения будет зависеть только от
соотношения четных н нечетных гармоник Дифференциаль-
ного тона. Напряжение ТЛУ выпрямляется и подается на
фильтр ннжнпх частот на операционном усилителе Д/.
Фильтр имеет частоту среза около 100 Гц, передает без из-
менения переменную составляющую н усиливает составля-
ющую 50 Гц в 2,2 раза, что, по анализу А. М. Дмитренко,
обеспечивает отстройку реле от переходных токов небалан-
са и БНТ при токе срабатывания защиты не менее 0,5 /ко».
В этих же блоках установлены диодная схема ИЛИ, общий
для всей защиты выходной транзистор с выходным проме-
жуточным реле (на схеме не показаны). В блоках ТОЗЮ
(двухфазном) и ТОЗП (однофазном) установлено порого-
вое устройство на операционном усилителе Л2 с набором
резисторов R9 для регулирования порога срабатывания, а
следовательно, п уста аки реле, а также схема задержки
324
Рнс. JIУпрощенная принципиальная схема одной фазы дифференци-
альной защиты трансформаторов устройства ЯРЭ-2201
R/2, СЗ с пп^тпянЦАЙ около 30 мс. Когда сигнал
от блока ДО310 отсутствует, иа выходе Д2 напряжение со-
ставляет около—13 В и примерно столько же на конденса-
торе СЗ, При срабатывании ПУ напряжение на выходе Д2
становится равным 13 В, диод У£М запирается и начинает-
ся заряд конденсатора G1 Когда напряжение на нем ста-
1гет несколько больше напряжен ин на средней точке дели-
теля /?/6, /?/7, открывается выходной транзистор блока
VTf н на общий выходной усвлитель подается сигнал —15 В,
После открывания транзистора УТ/ образуется цепь поло-
жительной ОС через реэпстор что обеспечивает чет-
кость Действия блока. Если до этого момента произойдет
воэнрат ПУ, то осуществляется быстрый разряд коидеиса-
325
тора С<3 через резне юр /?//. Поэтому выходной транзистор
открывается только при непрерывном сигнале от ПУ в те,
чение 22 мс
В дифференциальной защите предусмотрено торможе-
ние циркулирующим к токами от ТТ стороны низшего на-
пряжения трансформатора. Тормозцый сигнал вырабатыва-
ется в блоках ДОЗ30 (трехфазное исполнение) и ДОЗ40
(двухфазное исполнение). Торможение выполнено нелиней-
ным. Пон токах до 0,8 /ном выпрямленное напряжение на
мосте VS меньше, чем падение напряжения на резисторе
от источника —15 В. Прп больших токах начинается
линейный рост напряжения на сглаживающем конденсато-
ре С4. Рост тормозного тома ограничивается стабилитроном
VD7 при токе около 7 /НОм иди 14 /ВМ1. Регулирование ко-
эффициента торможения осуществляется резистором R25,
Тормозной гок имеет ту же полярность, что и ток через ре-
зистор /?9, задающий уставку реле, к поэтому напряжение
срабатывания ПУ увеличивается. Благодаря сглаживанию
тормозного сигнала зависимость коэффициента торможения
от фазы практически отсутствует. В защите предусмотре-
ны блоки ДОЭ50 и ДО360 для выравнивания вторичных то-
кон сторон высшего и низшего напряжений трансформато-
ров.
Уставка срабатывания защиты изменяется дискретно и
составляет 2; 2,5; 3,25; 4,5 и 6 А. Предусмотрена возмож-
ность загрубленпя защиты в 2 раза. Основная погрешность
защиты около 7 %, а дополнительные: 4 % по напряжению
питания, 7 % по частоте п 15% по температуре (при коле-
баниях от —20 до +55°C). Время действия защиты при
двукратном токе qg более 35 мс. Коэффициент торможения
может выбираться равным^<ЙГ; 0,45 и 0,6, Потребление то-
ковых цепей: 2,5 В-А на фазу для блоков ДО310, ДО320,
2 В-А на фазу для блоков ДОЗЗО, ДО340 и 4 В-А на фазу
для блоков ДОЭ50, ДОЗБО.
На ЧЭАЗ начат выпуск однофазных реле дифференци-
альной защиты типов .РСТ+5 и РСТ-16 (на 60 Гц) в сей-
смостойком исполнении для понижающих трансформато-
ров. Эти реле созданы практически на описанных выше
блоках и не имеют торможения сквозным током. Отсутст-
вие торможения значительно енпжаег чувствительность
Дифференциальной защиты на трансформаторах с РПН,
Выходное промежуточное реле имеет одни замыкающий
контакт на воиинальное напряжение до 250 В и ток вклю-
чения не более 5 А. Основные различия касаются выпол-
326
нения входного трансреактора и питания полупроводнико-
вой схемы. Первичная обмотка трансреактора включает
одну рабочую и две уравнительные обмотки, позволяющие
выравнивать токи плечей дифференциальной зашиты транс-
форматоров, причем потребление токовой целп на основной
первичной обмотке ьи|=20 составляет 2,5 В-А. Оператив-
ное напряжение на реле подается от аккумуляторной бата-
реи или ныпрнмнтельиого блока питания (Амм—220 В. Ста-
билизатор напряжения ±15 В выполнен на стабилитронах,
включенных последовательно с резисторами со стороны как
4-220 В, так и —220 В. Потребление цепей постоянного на-
пряжения реле составляет не более 9 Вт. Реле имеет ту же
область применения, что и реле серил РНТ-560, но обладает
более высокой чувствительностью (при отсутствии РПН),
меньшим потреблением, габаритами и массой (1,5 вместо
4 кг).
11,5. Схемы включении дифференциальных защит
трансформаторов
Ниже рассмотрен ряд схем цяфференцивльных эащвт
трансформаторов. Основные рабочие цепи реле обычно
включаются в плечо с наибольшим током, а уравнитель-
ные— в плечи с меньшими токами. Тормозные цели Диффе-
ренцпальной защиты двухобиоточного понижающего тран-
сформатора включаются со стороны низшего напряжения
с тем, чтобы торможение осуществлялось только при внеш-
них КЗ, Если днукоб моточный трансформатор работает с
двусторонним питанием, то тормозная обмотка включается
со стороны менее мощного источника,
В трсхобмоточных трансформаторах Дифференциальная
зашита выполняется с торможением, выбранным таким об-
разом, чтобы оно было максимально при внешних КЗ, со-
ировождающахся наибольшим током небаланса. В частно-
сти, на понижающих трансформаторах рекомендуется вклю-
чать тормозную пень на сумму токов низшего и среднего
напряжений, что обеспечивает торможение при сквозных КЗ
и отсутствие торможения током КЗ при внутренних по-
вреждениях. Если при использовании сдвой тормозной об-
мотки не удается получить необходимую чувствительность,
то следует применять зашиты с тремя тормозными цепями,
которые можно включать в разные ллечп защиты,
Схемы включения "ГТ дифференциальных защит, а так-
же дифференциальных отсечек приведены на рис. 11.8,
327
Рнс. 11.6, Сх&мц иключевяя диффе-
ренциальных зашит трансформаторов
с тремя (а, б) н Двумя (<?) ТТ »ta
стороне низшего напряжения
Большое распространение в распределительных сетях по-
лучили защиты по упрощенной схеме с двумя "ГТ на сторо-
не низшего напряжения в двух- и трехлинейном исполне-
ннп (pnt. П Д а).
Имеющийся оныт экснлуатвцин упрощенных дифференциальных За-
щит с реле РНТ я трехрелейион нсполненпн показывает, что нрк сквоз-
ных трехфззныя КЗ наблюдаются случаи излишнего срабатывания за-
щит- Исследован ня (761 показа дн, что эти срабатывания объясняются
подвленнем. токая небаланса без апериодической составляющей в реле
фазы Л (воказано пунктпром на рис. ц.В,в),
Если счнтнтъ, что ТТ стороны высшего напряжения работают без
ногрешн остей, а два ТТ стороны виэшего нзвряженил —е погрешностью,
вызываемой наличием в первичном токе нрЕмерно одинаковых и встреч-
но яавравленных егтернодкчесянз составляющих, то токи небалелеа в
реле будут разными (рнс. 11.9). В фазах Д н С токами небаланса яв-
ляютсн однонолврные тока намагничиванья 7цТТ (долизано итрихае-
328
юй). Поскольку за ток фазы 5 врнни-
ывется сумма тонов фаз Л н С с обрат-
ным эвакоы, ток небаланса а фазеВбу^
дет равняться сумме токов намагничива-
ния фаз 4 н С /|И н /цС, Как вдДио
из кривой с двойной штриховкой, он мс
жег н не иметь апериодической состав-
ляющей, jt поэтому реле ННТ от него
не отстроено.
На ноннжвюшнх двухобмоточных
трансферывторах со схемой соединений
эвезда — треугольник дифференциальную
ввшкту с реле РНТ нужно выполнять
днухрелейной без реде в фазе В. При
этом чувствительность зашиты ври КЗ
ва стороне низшего напряжения не снижается, Полупроводниковые
зашиты с нремяпыульсиымл 1'Ю не будут нэлпшне срабатывать врн
рассмотренных внешних КЗ ни дрн двух-, ни лрн трехрелеАноы всвол-
некии. На трехобмоточных трансформаторах схемы с двумя ТТ не
цслолъзуныся.
Рис, 1L9, Токи небаланса в
схеме ряс, 11.8, в
11.6. Выбор уставок дифференциальной защиты
трансформаторов
В соответствии с [77] ток срабатывания дифферент
циадьных защит выбирается по условиям отстройки от
максимальных токов небаланса при внешних КЗ в от БНТ
трансферы нтора. Расчетный ток небаланса дифференци-
альной защиты складывается на трех составляющих:
тока небаланса, вызванного погрешностями ТТ,
= Чир ^оди (Н -О
где Anrroj — периодическая составляющая наибольшего то-
ка внешнего трехфазного КЗ; е = 0,1 — допустимая полная
погрешность ТТ; АОдн —коэффициент однотипности ТТ,
максимальное значение которого равно 1; &пер — коэффи-
циент запаса, учитывающий увеличен не погрешности ТТ
в переходном процессе (для зашит РНТ и ДЗТ-10 feino=L
для дифференциальных отсечек £ino=2);
тока небаланса, вызванного регулированием напряже-
ния трансформатора под нагрузкой н переключением от-
ветвлений);
32$
где Лиац iEJfj—половина диапазона регулирования на-
пряжен ня на двух сторонах трехоб моточного трансформа-
тора, отн. ед.; /ww? п /ркт^д — наибольшие токи внеш-
него трекфааного КЗ на этих сторонах (если трансформа-
тор двухобмоточный илп имеет регулировку только ла
одной стороне, то
тока небаланса за счет неточности выравнивания МДС,
обусловленных разными токе мн плеч дифференциальной
защиты; в дифференциальных отсечках выравнивание то-
ков не производится и поэтому
Л/ <л| /^л) Аням* (П .3)
где Л/, йсх—коэффициент трансформации ТТ н коэффици-
ент схемы (V3 для схемы соединения ТТ в треугольник и
I — в звезду) на стороне питания; Кл, Лся[—то Же на вто-
ричной стороне; Н]— коэффициент трансформации сило-
вого трансформатора; JLxmu.r— наибольший ток внешнего
трехфазного КЗ, приведенный к стороне питания;
в защитах с уравнительными обмотками
Art “г ^ятах/^рясм ”Ь [Kmat/1^! Гра<ч» (
где Да/t п Atfij— разница между расчетными fi0ipic4 и
Ц’Цресч) » фактически использованными виткам п уравни-
тельных обмоток в двух плечах защиты трехобмоточного
трансформатора; — наибольший ток внешнего трех-
фазного КЗ за третьей обмоткой трансформатора, приве-
денный к стороне питания; для двухобмоточных трансфор-
маторов второй член уравнения (11.4) отсутствует*
Первичный ток срабатывания дифференциальной заши-
ты без торможении пли дифференциальной отсечки ио уо
ловяям отстройки от небалансов при внешних КЗ выбира-
ется по условию
4.Э ^этс (Atfl Н' 4й + ^вй)- (11-5)
Коэффициент отстройки fe0.t принимается равным 1,3
для реле серий РТ-40 я РНТ-560. Для эащпт трансформа-
торов устройства ЯРЭ-2201 и реле РСТ-15, РСТ-16 значе-
ние коэффициента можно принять равным 1,2—1,3.
По условиям отстройки от БНТ первпчный ток сраба-
тывания защит трансформатора выбирается пэ условия
[77]
Л,а>4™. (И.6)
330
где fr —коэффициент, используемый при отстройке защи-
ты от броска намагничивающего тока; в ориентировочных
расчетах принимаемый равным 0,3—]Д Для защит авто-
трансформаторов, кроме того, учитывается коэффициент
выгодности, представляющий отношение электромагнит-
ной мощности автотрансформатора к его проходной мощ-
ности, Для трансформаторов этот коэффициент принима-
ется равным единице. За поминальный ток /Нсм принима-
ется ток, соответствующий номинальному напряжению
среднего ответвления устройства РПН и номинальной
мощности трансформатора. Коэффициент £ принимается
равным 1,3 для реле РНТ-560. Для дифференциальной за-
щиты устройства ЯРЭ-2201 и реле РСТ-15, PCT-l6fe =
^0.3-i-0.7.
Коэффициент чувствительности дифференциальной за-
щиты определяется ио выражению [39]
(11.7)
где Zn min — ток в первичной обмотке НТТ реле серий РНТ
и ДЗТ-10, который определяется в предположении, что
весь ток повр еж девия проходит только по одной стороне
трансформатора.
На трансформаторах с РПН дифференциальная защи-
та с реле РпТ обычно плохо отстраивается от токов не-
баланса при внешнпх КЗ, В этпх случаях должны исполь-
зоваться дифференциальные защиты с торможением,
например серии ДЗТ-Ю нли устройства типа ЯРЭ-2201.
Условия отстройки реле серии ДЗТ-10 от БНТ несколько
хуже, чем у реле РНТ, и поэтому рекомендуется принимать
коэффициент k нэ выражения (11.6) по [77].
В соответствии с выражениями (П.5) я (11*6) можно
выбрать уставку срабатывания защиты ЯРЭ-2201 нли чис-
ло витков рабочей обмотки защит с реле РНТ и ДЗТ-Ю.
Для того чтобы дифференциальная защита с торможени-
ем (ДЭТ-lO, ЯРЭ-2201) не срабатывала от токов небалан-
са, необходимо, чтобы зависимости нли FHc =
—f(Fr) лежалп ниже, чем кривые /с,р = /(/т) или FCjP«
=J(Fr) [3]. При этом коэффициент запаса в соответствии
с [77] следует брать равным 1,5 для защиты ДЗТ,
11.7- Газовая защита
При повреждении внутри бака трансформатора про-
исходит выделение газа за счет разложения масла н изо-
33]
лнрующих материалов. Чем более серьезным является по-
вреждение, тем интенсивнее газообразование. Если коли-
чество выделяемого газа невелико, то он поднимается в
верхнюю часть бака, а затем в расширитель.
При большом количестве газа, выделяющегося в тече-
ние малого времени, резко увеличивается давление в ба-
ке, Масло приходит в движение п, вытесняясь из бака,
направляется в сторону расширителя. Таким образом, по-
явление газа, увеличение давления внутри, бака или дви-
жение масла может явиться критерием, позволяющим
определить факт, повреждения.
Газовая защита должна предусматриваться [2] пля
трансформаторов мощностью 6300 кВ А и более, внутри-
цеховых понижающих трансформаторов мощностью
630 кВ-А п более. Газовую защиту можно устанавливать
также на трансформаторах мощностью 1000—4000 кЭ А.
Газовые реле выполняются с двумя элементами: сигналь-
ным, действующим при появлении в реле небольшого ко-
личеств газа, н отключающим, срабатывающим при опре-
деленной скорости движения масла в сторону расширите-
ля, Газовое реле представляет собой тронной патрубок с
фланцами с двух сторон, предназначенными для установки,
в рассечку трубы, соединяющей бак трансформатора с
расширителем.
В СССР выпускались три основные модификации газо-
вых реле: с двумя поплавковыми элементами (ПГ-22), с
сигнальным поплавковым н отключающим лопастным эле-
ментом (производства энергосистем) и с двумя элементами
в виде чашки. Недостатком поплавковых газовых реле
является возможность их излишнего срабатывании при:
нарушении герметичности поплавков. Применение лопа-
сти, отключающейся под воздействием потока масла, поз-
воляет избавиться от этого недостатка поплавкового от-
ключающего элемента.
Большое распространение в СССР получили газовые
реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавка-
ми типа BF80/Q (ГДР). Реле имеет сигнальный и комби-
нированный отключающий орган Пэ Двух элементов — по-
плавкоцого п лопастного, установленного поперек оси
маслопровода. К подвижным элементам прикреплены по-
стоянные магниты, поворот которых приводит к замыка-
нию магнитоуправляемых контактов. На трансформаторах
с регулированием иод нагрузкой в баке РПН дополнитель-
но устанавливается струйное реле URF25/10, у которого
332
имеется только один отключающий элемент а виде пла-
стину [43].
Отечественная промышленность выпускала реле типа
РГЧЗ-66 с сигнальным и отплючающим элементами, вы-
полненными с помощью плоскодонных алюминиевых ча-
шек ]76]. Реле имеет удобную регулировку чувствитель-
ности и в меньшей степени, чем реле со ртутными контак-
тами, реагирует на вибрацию трансформатора. В реле
РГЧЗ предусмотрены три уставки отключающего элемента
по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с, Уставка 0,6 м/с
рекомендуется для трансформаторов мощностью до
40 МВ-А с масляным охлаждением н естественной цирку-
ляцией масла, уставка 0,9 м/с — для трансформаторов
мощностью свыше 40 МВ-А с дутьем, а уставка 1,2 м/с —
для трансформаторов любой мощности с принудительной
циркуляцией наела [7В], В реле BF80/Q уставка 0,65 м/с
принимается для тех трансформаторов, для которых реко-
мендуется уставка 0,6 м/с у реле РГЧЗ. Во всех остальных
случаях используется уставка 1 м/с,
При включении нового пли отренонтированвого транс-
форматоров возникает опасность скопления в газовом ре-
ле воздуха, выдэляющегося из свежего трансформаторного
масла под воздействием нагрева. Скапливаясь в верхней
части газового реле, воздух может привести к ложному
срабатыванию газовой защиты, В связи с этим до 1976 г.
во многих энергосистемах газовав защита выводилась из
действия на время до 3 сут, Однако с 1976 г, Главтехуп-
равлевие Минэнерго СССР запретило такую практику.
При этом должен обеспечиваться контроль за объемом
скопившегося воздуха и своевременный выпуск его из га-
зового реле.
Источником оперативного тока для газовой защиты
может быть TH или ТСН, так как газовая защита являет-
ся единственной приходящей в действие при КЗ, не сопро-
вождающимися большими токами повреждения, а следо-
вательно, и значительным понижением напряжения. В ти-
повых схемах питание оперативных целей газовой защиты
осуществляется от зарядных устройств. Если применяются
устройства БПЗ-401 без добавочных резисторов в цепи за-
ряда конденсаторов, то это устройство является одновре-
менно п блоком питания выпрямленным током. Поэтому
в большинстве случаев газовая защита с питанием от
БПЗ-40] будет работать я при КЗ, сопровождающихся
большим током КЗ. Исключение составляет включенпе
333
питающей линии на поврежденный трансформатор, когда
конденсаторы не успеют зарядиться, а цепь выхода
БПЗ-40] будет эвшунтнрованв нагрузкой, превышающей
поминальную нагрузку устройства,
11.8, Максимальная токовая защита трансформаторов
Максимальная токовая защита устанавливается на
всех трансформаторах, если для их защиты не использу-
ются предохранители. На понижающих трансформаторах
мощностью более 1 МВ'А МТЗ с минимальным или ком-
бинированным пуском по напряжению используется для
защиты ог внешних междуфазпых КЗ, Время срабатыва-
ния хМТЗ может оказывать влияние на выбор основной за-
Шиты трансформаторов мощностью от I до 6,3 МВ’А. Ес-
ли чувствительность токовой отсечки для них окажется
недостаточной, а время МТЗ более 0,5 с, то на таком
трансформаторе можно устанавливать дифференциальную
защиту [2],
На трансформаторах мощностью менее 1 МВ-А МТЗ
для защиты от внешних КЗ используется без пуска по на-
пряжению.
Если МТЗ трансформатора является его резервной за-
щитой, то нет необходимости отключать при ее действии
все выключатели трансформатора. При многообмоточных
трансформаторах Это позволяет сохранять снизь между
сетями двух уровней напряжений, например ПО н 35 кВ,
при повреждениях в сети третьего уровня (6 нЛп кВ),
Если трансформатор установлен на упрощенной подстан-
ции, то отключение выключателя на стороне низшего или
среднего напряжении позволяет избежать отключения пи-
тающей линии при внешних КЗ за трансформатором.
В распределительных сетях в основном используются
понижающие трансформаторы с односторонним питанием,
хотя в отдельных случаях, главным образом, при многооб-
моточных трансформаторах, возможно и двустороннее пи-
тание. На трансформаторах с односторонним питанием
МТЗ всегда устанавливается со стороны источника мощ-
ности, с тем чтобы обеспечивалось и резервирование лрл
КЗ в трансформаторе. Если трансформатор многообмоточ-
ный, то МТЗ должна устанавливаться на всех сторонах.
При таком выполнении действие зашиты вызовет отклю-
чение только ближайшего к месту КЗ выключателя.
Токи срабатывания и выдержки времени всех МТЗ
334
трансформатора должны согласовываться между собой и
с МТЗ смежных присоединений [39]. Допускается не уста-
навливать защиту на одной нз сторон трансформатора, а
защиту на стороне питания выполнить двухступенчатой:
с первой выдержкой времени на отключение выключателя
стороны, не имеющей защиты, а со второй — выключателя
со стороны питанпя. Недостатком схемы является невоз-
можность подавать пптаиие с той стороны трансформато-
ра, на которой нет защиты {например, при опробовании
трансформатора со стороны низшего напряжения).
Несколько МТЗ устанавливается н на двухобмоточном
понижающем трансформаторе, еслп он питает раздельно
работающие секцпн: одна —на стороне высшего напря-
жения н по одной — со стороны каждой секции,
Схема МТЗ зависит от режима заземления нейтрали
на соответствующей стороне трансферматорв. Если транс-
форматор работает в сети с изолированной нейтралью, то
используется схема, показанная на рис. 5.2,6, а прн недо-
статочной чувствительности к двухфазным КЗ за транс-
форматорами со схемой соединения треугольник— звезда
с нулем и заезда — треугольник или однофазным КЗ за
трансформатором со схемой соединения звезда — звезда с
нулем схема, приведенная на рис, 5.2, я.
Если понижающий трансформатор с односторонним
питанпем может работать с заземленной нейтралью обмот-
ки высшего напряжения, то ТТ на этой стороне, как пра-
вило, следует включать в треугольник, а реле тока —соот-
ветственно на разность фазных токов [39]. Этим устраня-
ется необходимость отстройки зашиты от токов нулевой
последовательности, которые могут проходить через пер-
вичную обмотку трансформатора при КЗ на землю в пи-
тающей сети. В большинстве случаен чувствительность
МТЗ к однофазным КЗ остается достаточно высокой.
На трансформаторах с двусторонним питанием анало-
гично сетям с двусторонним питанпем селективность мо-
жет быть достигнута только с применением направленных
токовых защит, но они используются редко, напрпмер при
необходимости параллельной работы понижающих транс-
форматоров на сторонах среднего пли низшего напряжения.
Еслп чувствительность МТЗ по току оказывается недо-
статочной нз-за больших токов самозапуска (*<r< L5) t то
используется схеме пуска по напряжению стороны низше-
го напряжения. На понижающих трансформаторах с одно-
сторонним питанием такая схема эффективна, так как прн
335
КЗ ва стороне низшего напряжения напряжение на реле
пускового органа близко к нулю [77].
На трансформаторах с двусторонним питанием, если
у них имеется заземленная нейтраль, иногда предусматри-
вается возможность резервирования токовых защит нуле-
вой последовательности питающей сети. В этом случае ре-
ле тока МТЗ целесообразно включать на фазные токи, а
при недостаточной чувствительности К однофазным КЗ
устанавливать токовую защиту нулевой последовательно-
сти, включаемую в нулевой привод трансформаторов тока
млп на ток нейтрали силового трансформатора*
При проверке чувствительности защиты МТЗ по току
необходимо учитывать, что сопротивление трансформато-
ров с регулированием под нагрузкой может изменяться в
довольно широких предеиах — в 1,3—1,4 раза при диапа-
зоне регулирования ±16% [39,77],
Глава двенадцатая
ЗАЩИТА УПРОЩЕННЫХ ПОДСТАНЦИИ
И ПИТАЮЩИХ ИХ ЛИНИН 35—220 кВ
12.1. Особенности схем подстанций
Большинство подстанций распределительных сетей
35—220 кВ выполняется по упрощенной схеме без выклю-
чателей пли с уменьшенным числом выключателей па сто-
роне высшего напряжения. Трансформаторы подстанций
подключаются к ВЛ через отделители QR, с помощью ко-
торых поврежденный трансформатор должен отключать-
ся от сети в бестоковую паузу после отключения питающей
ВЛ, вызванного срабатыванием защиты трансформатора.
Отключение ВЛ осуществляется либо с помощью переда-
чи сигнала от защиты трансформатора по каналу связи,
либо защитой ВЛ, реагирующей на КЗ в зоне ее действия,
вызываемое включением короткоэамыкателя QV на сто-
роне высшего напряжения трансформатора нли КЗ в
трансформаторе, сопровождающееся большими токами
повреждения. Схема с короткозамыкателямн получила
наибольшее распространение в распределительных сетях,
хотя в крупных энергосистемах с высоким уровнем токов
КЗ включение короткозамыкателя, особенно на подстаи-
цнп, расположенной аб.ции мощных генерирующих цент-
336
Рис. f2.f, Схемы нключешиг упрощенные подстанций яа ответвлениях
от одиночной (а, б) н параллельных (0) линий 35—220 кВ
ров1 считается нежелательным, В сетях с большим током
замыкания на землю короткоэаныкателем вызывается
однофазное КЗ, а в сетях с малым током замыкания —
двухфазное КЗ на землю.
Упрошенные подстанции, как правило, выполняются
без аккумуляторных батарей, что позволяет существенно
снизить затраты на строительство н обслуживание, Наи-
большее распространение получили упрощенные кодстаи-
ции не ответвлениях от ВЛ 35—220 кВ со схемами пер-
вичных соединений,'показанными на рис, 12,1, На стороне
высшего напряжения подстанций, как правило, стремятся
не устанавливать выносные трансформаторы тока и напря-
жения, в использовать для подключения защиты транс-
форматоры тока, встроенные во вводы высокого напряже-
ния трансформаторов, и трансформаторы напряжения пли
трансформаторы собственных нужд (ТСН), включаемые
между трансформатором и шинами 6—10 кВ, Только в тех
случаях, когда на упрошенных подстанциях необходимо
использовать комплекты защиты питающих ВЛ, дополни-
тельно устанавливаются и выпосные ТТ. Примером слу-
жит подстанция со схемой, показанной на рис, 12.1,6. Та-
кне подстанции в последнее время получают достаточно
22-660 337
большое распространение. В перемычке мостпка устанав-
ливается выключатель Q/, а на время профилактике вы-
ключателя предусматривается ремонтная перемычка,
сохраняющая как транзит ВЛ 35—220 кВ, так и возмож-
ность питания обоих трансформаторов от одного конца
питающей ВЛ. Выносные трансформаторы тока обеих цере-
мы чек включаются параллельно, Для питании эащвт обо-
их участков ВЛ ТЛЗ u ТА5 устанавливаются п на транс-
форматорах, Упрощенные подстанция могут находиться
на некотором расстояния от питающей ВЛ. Тогда участок
между магистральной 0Л в подстанцией является частью
ВЛ п должен защищаться ее защитой,
12.2. Выполвенне защиты подстанций
Основные особенности вы полнев ня защиты упрощенных
подстанций связаны с применением переменного или вы-
прямленного оперативного тока. Для защиты присоедине-
ний 6 и [0 кВ это не создает какел-лвбо дополнительных
трудностей. Поэтому особо следует рассматривать только
выполнение защиты трансформаторов, которая действует
на отключение выключателей стороны 6 и 10 кВ и вклю-
чение короткоэамыкателей. В редких случаях применяет-
ся телеотключевие выключателей питающей ВЛ. Отклю-
чение поврежденного трансформатора от ВЛ производится
отделителем и бестоковую паузу АПВ ВЛ. Во время бес-
токовой паузы на однотрансформаторной подстанции (нли
при выведенном из работы трансформаторе на двухтранс-
форматорной подстанции) отсутствуют как токг так и на-
пряжение, п действие отделителя может быть осуществле-
но только за счет энергии предварнткльно заряженных
конденсаторов. Поэтому схема автоматики отключения
отделителя б бестоковую паузу не зависит от схемы защи-
ты трансформаторов и метода питания ее оперативных
цепей от ТТ и TH. Схемы включения реле автоматики от-
делителя показаны на рис. 12.2, а. В наиболее простой схе-
ме используется блокирующее реле /С4/, включаемое на
трансформатор тока в цепи короткозаиыкателя, Посколь-
ку включение короткоааиыкателя QjV и его замыкающего
вспомогательного контакта SQfif может происходить не-
одновременно, то возможен случай, когда SQN замкнете и
раньше, чем нороткозамыкатель. Эта разновременность
может привести к тому, что будут замкнуты как SQAT, так
и размыкающий контакт реле K/1J, Поэтому нужно ввести
338
Рне. (2,2, Схемы вк-тючення реле автоматика отделнтеля на модстан*
цнн (а] н схемы автоматике с переменный (б, л) и выпрямленным (г)
онератяввым током
элемент задержки, предотвращающий подачу ложной
команды на отключение отделителя в момент, когда пи-
тающая ВЛ еще не отключена, В схеме, приведенной на
рнс, 12,2,5, использовано реле РП-251 с замедлением на
срабатывание KL и, кроме того, дополнительное замедле-
ние с помощью ЯС-контура. Кратковременное совпадение
замыкания SQ/V и контакта дД/ приведет к частичному
разряду конденсатора С2, причем при отключение ВЛ с
выдержкой времени происходит перераспределение заряда
между конденсаторами С2 и СЗ, что приводит к снижению
напряжения на реле KL в момент замыкания контакте
/М/. Это снижает надежность схемы автоматики.
В тнпонык проектах института «Энергосетьпроект* для
упрощенных подстанипй, защита которых выполняется с
реле прямого действия, на принципе дешунтнровання
электромагнита включения выключателя нли с предвари-
тельно заряженными конденсаторами, используется схема
автоматики отделители, показаннвя на рис, 12.2, а. В до-
полнение к первой схеме предусмотрена устанонка второ-
го блокирующего реле тока КА2, вплючаемого на трп фаз-
ных тока. Это реле, предназначенное для схем УРОВ,
имеет очень высокую чувствительность и держит свой кон-
такт разомкнутым при наличии даже малого тока нагруз-
ки хотя бы в одной фазе трансформатора, Поэтому в боль-
22' 339
шинстне случаев невозможно даже кратковременное эамы-
кацпе цепи реле KL до тех пор, пока нс отключится
питающая ВЛ.
Для упрощенных подстанций, где защита тр а реформа-
торов выполняется на выпрямленном оператинном токе,
институтом «Энергосетьпроект» разработана схема авто-
матики отделителя (рис. 12.2, г), не использующая вспо-
могательных контактов короткозамыкателя. Вместо них
для фиксации срабатывания защиты в схему вводится
двухпозншюнное реле KL2, которое не разрывает цепь
через своп контакты н после возврата защиты и отделения
подстанции от сети. Цепь обмотки реле /CU остается зам-
кнутой до момента включения отделите л я, вспомогатель-
ный контакт которого SQ7? используется для возврата
да ух позиционного реле. Отсутствие тока и напряжения а
трансформаторе фиксируется с помощью реле тока Ml
н К.42, а также минимальных реле напряжения KV1 и
ЛУ2, включенных на два линейных напряжения. Введение
реле напряжения позволяет предотвращать подачу коман-
ды на отключение отделителя при работе газовой защиты,
когда токи повреждения малы до момента включения ко-
роткозамыкателя,
В принципе достаточно одного реле напряжения, по-
скольку невозможно значительное снижение двух линей-
ных напряжений при отсутствии тока в реле /С4/ и М2.
Второе реле /СУ, таким образом, повышает надежность
схемы автоматики отделителя при нарушении цепей на-
пряжения.
Отсутствие в схеме неконтролируемого вспомогатель-
ного контакта коротноэ&мыкателя повышает надежность
автоматики отделителя, так как все реле блокировки от-
делителя расположены на одной панели. После отключе-
ния отделптеля возврат реле фиксации KL2 осуществля-
ется при замыкании размыкающего вспомогательного
контакта отделителя SQ/?. Состояние SQA? может контро-
лироваться от шинок выпрямительного блока питания с
помощью сигнальной лампы HL с добавочным резистором
R илп с помощью реле положения, Для работы схемы
автоматики необходимо, чтобы к моменту срабатывания
защиты конденсаторы С/, С2 и СЗ были полностью заря-
жены. На упрощенных подстанциях зарядные устройства
питаются от TH или ТСН, включенных между трансфор-
матором и выключателем ввода 6 и 10 кВ. Зарядные уст-
ройства типа БПЗ-401 обеспечивают заряд батареи кон-
340
денсатороэ емкостью 200 мкФ за 50—70 мс (см. гл. 4\ и
поэтому, за исключением случаев повреждения трансфор-
маторов непосредственно в момент еплючения ВЛ, быст-
рая готовность схемы обеспечивается даже на однотранс-
форматорной подстанции. На днухтрансформаторных под-
станциях обычно применяется резервирование заряда
конденсаторных батарей от зарядного устройства нторого
трансформатора [30]. Имеется возможность быстро зари-
жать конденсаторные батареи даже при включении ВЛ,
когда па трансформаторе однотрансформаторной подстан-
ции оставлена э а коротка, С этой целью могут йспольэо-
ватьсн зарядные устройства БПЗ-402, включаемые на
выходе параллельно устройствам, лптаемыи от цепей на-
пряжения. Еслн на подстанции используются выпрямитель-
ные блоки питания БПТ-1002 и БПНО2 с номинальным
выходным напряженней 220 В, то напряжение на БПТ
пмеет амплитуду около 350 В и поэтому от шинок блока
через диод может осуществляться быстрый заряд конден-
саторов при включении трансформатора на КЗ. Аналогич-
но может быть выполнен заряд конденсаторов от токового
устройства БПЗ-402, которое на стороне зарядного напря-
жения работает параллельно устройству БПЗ-401, вклю-
чаемому в цепи напряжения. Оба варианта, однако, могут
использоваться только при наличии выносных ТТ на сто-
роне высшего напряжения. Встроенные ТТ для питании
устройств БПЗ-402 можно применять только при мощно-
сти трансформатора 25 МВ А и выше,
От мощности трансформаторов в большой степени за-
висит и организация питании оперативных цепей их защи-
ты. На подстанциях с трансформаторами 63 МВ-А п более
в качестве источника оперативного тока принимаются вы-
прямительные блоки питания БПТ-1002 я БГШС-2, и по-
этому оперативные цепи защиты выполняются так же, как
й прп постоянном оперативном токе. Если используются
полупроводниковые устройства защиты, то выпрямленное
напряжение блоков должно быть сглажено, а в ряде слу-
чаев и предварительно стабилизировано, В настоящее вре-
мя подготавливаются материалы по типовому проектиро-
ванию полупроводниковых защит упрощенных подстанций.
На трансформаторе мощностью более 16 МВ-А наи-
большее распространение получил п схемы защиты транс-
форматоров с дешунтпрованнем электромагнитов включе-
ния короткозамыкателя, Защиты могут быть выполнены
а а электромеханических реле пли полупроводниковыми
341
со встроенными блоками питания. Если ТТ отдают доста-
точно большую мощность, то встроенный блок литания
мажет использоваться и для подачи напряжения ва элек-
тромагниты управления.
Наибольшие трудности возникают при выполнении за-
щиты трансформаторов мощностью ниже 16 МВ А. Если
отсутствуют выносные ТТ, то мощности, которую отдают
ТТ, встроенные во вводы трансформатора, может оказать-
ся недостаточно для работы электромагнита управлении
нрн токах, близких к минимальному току срабатывания
защиты. Минимальные коэффициенты трансформации
этих ТТ составляют 200/5 для напряжения 35 и 220 кВ и
100/5 для напряжения ПО кВ, В то же время номинальные
токп трансформаторов могут быть малы: на напряжении
ПО кВ они составляют от 13 до 52 А при мощности транс-
форматора 2,5—10 МВ-А. Первичный ток срабатывания
электромагнита управления» питающегося от встроенных
ТТ, не может быть меньше чем 140—150 А, и следователь-
но, не обеспечивается нх чувствительность при работе МТЗ
трансформатора.
На таких подстанциях отказываются от схем с дешуя-<
тированпем (а также от реле прямого действия), а в ка-
честве источника оперативного тока применяют предвари-
тельно заряженные конденсаторные батареи, В этом
случае последствия отказа при недостаточном уровне за-
рядного напряжения значительно более тяжелые, чем при
отказе автоматики отделителя. Если не отключается отде-
литель, то после отключения ВЛ вследствие работы ко-
роткозамыкателя АПВ будет неуспешным н дальнейшие
разрушения трансформатора или ячеек КРУ прекратятся,
При отказе короткоэамыквтелв КЗ будет отключено толь-
ко после того, как повреждение разовьется до такой сте-
пени» что подействует защите питающей ВЛ. Такие случаи
были отмечены в ряде энергосистем, и поэтому вмеегся
ряд предложений по повышению надежности защиты
трансформаторов небольшой мощности, установленных на
упрощенных подстанциях. Наиболее перспективным пред-
ставляется сочетание принципов дешунтнроваиия с по-
мощью контактов реле РП-341 н разряда конденсаторов
маломощными контактами этого же реле, В приводе ко-
роткозамыкателя должны быть предусмотрены два дешуц-
тируемых электромагнита включения п один электромаг-
нит постоянного напряжения» Тогда при КЗ с малыми то-
.ками защита будет работать кек типовая с разрядок
342
конденсаторов, а пря больших токах КЗ в дополнение к
этому становится эффективным к дещунтнрование, На
ЧЭАЗ намечена модернизация реле РП-341Г связанная с
добавлением еще одного замыкающего контакта, посколь-
ку единственный маломощный замыкающий контакт реле
используется для самоудержиаання (см, гл, 4).
В ряде энергосистем для повышения надежности защн-
ты упрошенных подстанций выполнены устройства резер-
вирования отказа короткозамыкателя. С этой целью с не-
которой выдержкой времени после действия защиты
трансформатора на включение короткозамыкателя подают
сигнал на отключение отделителя, Поскольку последний
не рассчитан на отключение токов нагрузки, а тем более
КЗ, разрыв цепи может привести н возникновению дуги
к перекрытию на стороне высшего напряжения. На это
повреждение реагирует защите питающей ВЛ, а после-
дующее АПВ ВЛ может быть неуспешным, если возник-
шее при работе отделптеля КЗ устойчивое.
Здесь же можно отметить еше одну защиту КРУ 6 и
10 кВ распределительных подстанций, При КЗ на отходя-
щих линиях 6 и 10 кВ отказ защиты линии нлп выключа-
теля приводит к распространению повреждения в ячейку
КРУ, а затем ва шцны я смежные ячейки КРУ. Поэтому
в ячейках КРУ выполняются так называемые дуговые за-
шиты, реагирующие на повышение давления в ячейке,
вызванное горением дугп |79]г или па изменение освещен-
ности ячейки. Контакты, связанные с датчиком давления,
или контакты выходных реле светочувствительных уст-
ройств замыкают цепь отключения ввода 6 или 10 кВ. Для
предотвращения ложных срабатываний при неисправно-
сти Датчиков обычно вводится блокировка по току. Блоки-
ровка может быть грубой, так как ее нужно выполнять
чувствительной только к КЗ на шинах 6 и [0 кВ. Дуговая
защита' может быть двухступенчатой. С первой выдерж-
кой времени отключается ввод, а со второй — включается
коротнозамыкатель на стороне высшего напряжения.
Если по условиям работы энергосистемы включение
короткозамыкателя является опасным, то необходимо при-
менять передачу сигнала телеотплючении по ВЧ каналу-
организованному по питающей ВЛ, плп по проводному
каналу. Питание аппаратуры телеотключения может осу-
ществляться либо от выпрямительных блоков питания,
либо от аккумуляторной батареп. Выпрямленное выходное
343
напряжение блоков должно сглаживаться и стабилизиро-
ваться, как н при питании от них любой полупроводнико-
вой аппаратуры.
Проводные каналы находят применение при небольших
расстояниях между упрощенной подстанцией и той пита-
ющей подстанцией, для надежной работы которой близкие
КЗ опасны. Остальные концы ВЛ могут быть отключены
после включения с некоторой выдержкой нремени корот’
козамыкателя.
Более универсальным является использование ВЧ ка-
налов твлеотключенпя* Особенно экономически эффектив-
ным является ВЧ канал, который одновременно использу-
ется и для ВЧ защиты питающей ВЛ. Возможность вы-
полнения направленной фильтровой защиты многоконцевых
ВЛ с ВЧ каналом, по которому передаются и отплючаю-
щие, н блокирующие сигналы, была показана в ]80],
В сетях, расположенных вне крупных городов, воз-
можна передача сигналов телеотключения по радиокана-
лам, Для этого могут использоваться портативные радио-
станции с питанием от аккумуляторных батарей или вы-
прямительных блоков.
Короткоэамыкател ь на упрощенных подстанциях, обо-
рудованных устройствами телеотплючения, выполняет
резервные функции, и поэтому его включение должно про-
изводиться с выдержкой времени на ступень селективно-
сти большей, чем сумма времен передачи сигнала теле-
отел ючекпи и отключения выключателей на питающих
подстанциях (только тех, на которые передается или ре-
транслируется сигнал тел еот крючен ня). Орган выдержки
времени, обеспечивающий это замедление, может быть
включен на тот же источник лИтання, что н устройство
телеотключения. При использовании телеотключения обя-
зателен выпрямленный оперативный ток и поэтому целе-
сообразно применять схему автоматики отделителя без
вспомогательных контактон короткоэамыкателя, в кото-
рой факт срабатывания защиты фиксируется реле KL2
(см. рис. 12.2, г).
12,3. Выпол венке защиты нитающих линий
Назначением защит ВЛ, питающих упрощенные под-
станция, является отелючение не только поврежденной
линии, но и КЗ, возникающих вследствие включения ио-
роткоэамыкателя на стороне высшего напряжения при ра-
боте защиты трансформатора. Если в сети низшего или
344
среднего напряжении упрощенных подстанций имеются
источники мощности пли мощная двигательная нагрузка,
то следует принимать меры к их отключению при КЗ на
ВЛ, так как ток подпитки КЗ может поддерживать дугу
в месте повреждении, вследствие чего АПВ ВЛ окажется
неуспешным. Кроме того, наличие напряжении от електро-
двигателей может затянуть АВР на стороне низшего на-
пряжения упрощенной подстанции с питанием от двух па-
раллельных ВЛ. Ниже рассмотрены особенности выпол-
нения МТЗ, дифференциальных л дистанционных защит
ВЛ, питающих упрощенные подстанции*
Максимальная токовая защита линий с ответвлениями
должна отстраиваться от токов самозапуска электродви-
гателей всех подстанций, подключенных к ВЛ. Во многих
случаях это может привести к недостаточной чувствитель-
ности защиты. Некоторого повышения чувствительности
можно достичь, используя пуск по напряжению н путем
поочередного самозапуска групп электродвигателей.
Токовые отсечки на ВЛ с ответвлениями должны быть
отстроены от КЗ на стороне среднего и низшего напряже-
ния трансформаторов упрощенных подстанций, а также
от суммарного броска намагничивающего тока всех транс-
форматоров при восстановлении пли подаче напряжения.
Условие отстройки от БНТ при большом числе трансфор-
маторов может быть тяжелее, чем условия отстройки от
тока КЗ в конце зоны, если токовая отсечка выполняется
на обычных реле тока. Как правило, сопротивление ВЛ и
энергосистемы существенно меньше сопротивления транс-
форматора, и ток срабатывания токовой отсечки выбира-
ется в этом случае в 3—4 раза большим, чем суммарный
номинальный ток всех трансформаторов ]81], Коэффи-
циент запаса может быть снижен до 0,5—1,3 при исполь-
зовании реле серии РНТ пли РСТ, отстроенных от БНТ
ко принципу действия (см. гл. 11).
Токовые защиты нулевой последовательности в сетях
с большим током замыкания на землю являются основны-
ми защитами, реагирующими на включение короткозамы-
кателей, установленных на упрощенных подстанциях, Если
в сетях с малым током замыкания на землю включение
короткозамыкателя вызывает междуфазное КЗ, ток кото-
рого практически не зависит от впда повреждения транс-
форматора, то в сетях 110—220 кВ ток однофазного КЗ
при включении короткозамыкателя существенно эввпспт
от вида КЗ в трансформаторе пли за ним. Если мощность
345
трансформатора достаточно велика, то трехфаэное КЗ за
ним, т. е. вне зоны действия защиты ВЛ, может привести
к глубокому понижению напряжения на выводах стороны
высшего напряжении. В этих уелониях вплюченне одно-
фазного короткозамыкателя пренелет к появлению суще-
ственно сниженного напряжения нулевой последователь-
ности, а следовательно, н малого тока нулевой последова-
тельности- Эту особенность учитывают при проверке
чувствительности токовых защит нулевой последователь-
ности. В [39] приводятся ориентировочные кривые отно-
шений тока 4 при однофазном КЗ на выводах нормально
работающего силового трансформатора к току /0 при
велюченин короткозамыкателя во время трехфазного КЗ
за трансформатором, В соответствии с этими кривыми
можно сделать вывод, что с возможностью снижения чув-
ствительности токовой защиты нулевой последовательно-
сти следует считаться прн отношении сопротивления
трансформатора к сопротивлению сетн1 составляющем
менее 2,5,
Перна я н ускоряемые прн АПВ ступени токовой защи-
ты нулевой последовательности должны отстраиваться от
БНТ трансформаторов, нейтрали которых заземлены, Это
вызвано тен1 что при разновременности включения контак-
тов выключателя бросок намагничивающего тока возни-
кает поочередно на разных фазах и периодическая состав-
ляющая нулевой последовательности броска исчезает
лишь после включения последней фазы. Исследования,
проведенные Г. В. Бердовым, показали, что при недонклю-
ченной последней фазе БНт нулевой последовательности
во многих случаях имеет периодический характер, Поэто-
му эффект от использования реле РНТ в нулевом проводе
ТТ защиты линии может оказаться недостаточным. Более
благоприятные результаты могут быть получены при ис-
пользований реле РСТ, Периодическая составляющая то-
ка нулевой последовательности затухает с постоянной
времени сети. Поэтому обычные ИО тока следует вклю-
чать через трансреактор, подавляющий апериодическую
составляющую.
При наличии на ВЛ упрощенных подстанций, транс-
форматоры которых имеют заземленную нейтраль, может
значительно сократиться эона действия L ступени токовой
защиты нулевой последовательности. В связи с этим в [50]
рекомендуется применение на таких ВЛ токовой защиты
обратной последовательности с блокировкой по току нлп
346
Рмс, !2.У Прииципнальнаи схеме продольной дафференциальной эаем-
ты трехкпнцевой линии
напряжению нулевой последовательности. Последнее поз-
воляет отказаться от отстройкп реле тока обратной после-
довательности от двухфазных КЗ в конце ВЛ а ограни-
читься только отстройкой при КЗ на землю. Блокировка
по току обычно осуществляется от III ступени защиты
нулевой последовательности,
Продольная дифференциальная токовая защита ВЛ(
устанавливаемая только по ее питающем концам, должна
отстраиваться от КЗ на стороне низшего или среднего на-
пряжения упрошенных подстаяияй, а также от результи-
рующего БНТ всех трансформаторов, питающихся от ВЛ,
Количественная оценка необходимого загрубления может
быть проведена с помощью анализа в комплексной пло-
скости сопротивлений вспомогательных проводов и с при-
менением тех Же формул, что н при оценке влияния по-
грешностей ТТ (см. гл. 8).
Еслп чувствительность защиты окажется недостаточ-
ной, то ее можно в првнцнпе повысить, установив допол-
нительные комплекты на наиболее мощных упрощенных
подстанциях. Однако выполнение продольной дифферен-
циальной зашиты с установкой комплектов более чем на
двух концах линий вызывает серьезные трудности. На
рнс. 12.3 показана принципиальная схема продольной
дифференциальной защиты с циркуляцией токов с тремя
комплектамп, устанавливаемыми на основных концах ВЛ
н на ответвлении. Сопротивления плеч вспомогательных
проводов Znl, 2пэ, Za} могут существенно различаться, а
347
(ля комплекта на ответвлении сопротивление плеча может
5ыть п нулевым.
Легко убедиться, что основное условие селективной ра-
юты дифференциальной защиты мнороконцевой ВЛ в нор^
сальном режиме и при сквозном КЗ, а пметтио эквппотен-
шальность узловых точек ВП для схемы с циркуляцией
оков и равенство нулю суммы токоа в замкнутом контуре
Ш для схемы с раиновесием напряжений, будет удонле-
воряться в том случае, если комплекты защиты ияентич-
[ы, а векторы сопротивления плеч /щ. /П2, 2лЭ одинаковы.
Поэтому если в месте установки комплектов, сопротивле-
ния плеч которых меньше, установить добавочные сопро-
ивлеНля, равные раэностп наибольшего п собственного
омплексных сопротивлений, то в принципе защиту можно
удет выполнить независимо от того, имеются или не име-
лся источники мощности на всех концах ВЛ. Принципи-
льная схема па рпс. 12.3 справедлива и для большего
пела плеч ВП, если все они будут объединяться в одной
очке.
Следует заметить, что ограничение напряжения на вко-
е ВП может явиться причиной неселектпвного действия
ащцты, так как прн внешних КЗ ЭДС фильтров но кон-
ам ВЛ неодинаковы и ограничение напряжения может
меть место не на всех концах, что может нарушить уело-
ин отстройки защиты на одном или нескольких концах
Л, Ограничение напряжения может быть допущено при
,3 в зоне действия защиты, т^ е. КЗ, сопровождающихся
анбольшими токами КЗ.
При обрыве одного нз плеч ВП блокировка должна
датировать на уменьшение тока ВП, а не на его исчеэно-
тние, как в защите днух кон ценой ВЛ.
Направленная поперечная дифференциальная защита
а ливпях с ответвлениями должна всегда отстраиваться
т КЗ за трансформаторами упрощенных подстанций п от
гммарного БНТ, Поскольку направленная поперечная
чфференцнальная защита должна отстраиваться от мак-
бального тока нагрузки по одной из ВЛ, дополнптель-
>е Загрубление не так резко сказывается на чувствитель'
jctu защиты, яак это имеет место у продольной днффе-
шциальной защиты. Тем не менее во многих случаях
шходится принимать меры к повышению чувствнтель-
кгги защиты. В комплекте защиты от междуфаэных КЗ
!ычно применяется комбинированный пусковой орган по
псу п напряжению. Комплект поперечной дифференцн-
348
альной защиты нулевой последовательности не реагирует
на КЗ за трансформаторами упрощенных подстанций. Од-
нако если эти трансформаторы имеют заземленные ней-
трали» то возможно появление дополнительных токов не-
баланса, от которых следует отстраиваться.
Если к каждой из параллельных ВЛ подключены
трансформаторы с неодвнаковымп сопротивлениями нуле-
вой последовательности, то при внешнем КЗ на землю
вблизи шин подстанции токи нулевой последовательности
по линиям будут неодинаковыми. Вопросы отстройки от
БНТ трансформаторов решаются, так же как и для рас*
смотренных выше токовых защит, путем применения пу-
сковых реле РНТ нлн РСТ-
Особенностью выбора уставок дистанционной защиты
ВЛ, питающих упрощенные подстанции, является необхо-
димость отстрой кн I и II ступеней защиты от КЗ в а шинах
низшего илп среднего напряжения трансформаторов* От-
стройка ведется для случая трехфазного металлического
КЗ, Еслп упрощенная подстанция расположена не неко-
тором расстоянии от основной ВЛ, то зона действия ди-
станционной защиты одного пз концов ВЛ при КЗ вблизи
этой подстанции сократится из-за токор ас п редел ения
между концами ВЛ, Зона действия защиты в этом случае
определяется с учетом коэффициентов токор ас предедек ня,
аналогичного тому, как принято при расчете уставок II
ступени Дистанционных защит (см. гл. 9), В ряде случаев
токораспределение может быть таким, что создадутся
условия пля каскадного отключения побежденной ЭЛ.
12J. Делительные защиты на упрощенных подстанциях
При КЗ на ВЛ или при действии короткозамыкателя
на одной из упрощенных подстанций питающие концы ли-
нии отключаются, однако ток в месте КЗ может поддер-
живаться за счет двигательной нагрузки или маломощных
электростанций, работающих параллельно на стороне вив-
шего или среднего напряжения. При однофазных КЗ на
ВЛ, еслп нейтраль трансформатора заземлена, а также
при всех многофазных КЗ асинхронные электродвигатели
подпитывают место КЗ в течение времени не более 0,25 с.
В редких случаях, когда нейтраль трансформатора
изолирована, асинхронные электродвигатели могут в тече-
ние более длительного времени поддерживать иапряжееле
па отключенной линии с однофазным КЗ, так как тон от
349
вяектродвигателей мал. В этом случае время АПВ с про-
веркой отсутствия напряжения может несколько увели-
читься по сравнению с временем при отсутствии подпитки»
Наиболее сложные проблемы возникают, если от ВЛ
питаются подстанции с нагрузкой, состоящей в большой
степени па синхронных двпгателей. Прп включения корот-
козам ыкателя ток от синхронных двигателей продолжает
проходить н после отключении питающей ВЛ. Поэтому
автоматика отделителя не работает. Длительная работа
синхронного двигателя при отсутствии Напряжения крайне
неблагоприятна и для сохранения его синхронной работы
после восстановления напряжения. Поэтому неповрежден-
ные подстанции с синхронны мп двигателями должны как
можно скорее отключаться от ВЛ, на которой включился
короткозамыкатель пли просто произошло КЗ, Использо-
ванне контроля отсутствия напряжения приводит к замед-
лению действия автоматики, отделяющей шины подстан-
ция 6 или Ю кВ от трансформатора, включенного на по-
ярежденную ВЛ. В [83] предложен метод выполнения
реагирующего органа такой автоматики. Факт отключения
питающей ВЛ фикспруется по изменению знака мощно-
сти, поскольку спнхроияые двигатели в этом режиме не
потребляют, а отдают мощность. Два реле направления
мощности с внутренним углом 30е включаются по 30-гра-
lycHofi схеме, т- е. на токи фаз А и С и линейные напря-
жения С4 и ВС соответственно. Вторым критерием явля-
ется снижение частоты, которое происходит значительно
Зыстрее, чем снижение напряжения. Уставка реле пони-
жения частоты выбирается равной 46—48 Гц. Аналогич-
ен автоматика может быть использована и для отделе-
шя небольших электростанций, К сожалению, прп налп-
1л и нескольких неповрежденных подстанций могут
юзннкать качания пли асинхронный режим между син-
хронными да ига теля и и разных подстанипй, что повлияет
13 поведение реле направления мощности.
Глава трявадцатая
НАДЕЖНОСТЬ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
13.1. Взаимосвязь между надежностью релейной защиты
и надежностью защищаемой сот
В последние годы появилось большое число работ, по-
священных вопросам надежности релейной защиты. На
основе теории надежности былп созданы методы оценки
надежности сложных устройств релейной защиты в срав-
нительного расчета надежности их фувкияоинроваиня в
энергосистемах, При разработке этик методов практически
не делалось различия между устройствами релейной за-
щиты сложных системообразующих сетей и более простых
распределительных сетей. Вместе с тем анализ надежно-
сти и требований к надежности релейной защиты распре-
делительных сетей можно провести более просто и на-
глядно.
Расчеты надежности релейной защиты обычно основа-
ны на определении минимального экономического ущерба
с учетом стоимости разработки^ изготовления, монтажа п
эксплуатации сравниваемых устройств релейной защиты.
Такой путь расчета связан с серьезными трудностями, по-
тому что не каждый случай неправильного функциониро-
вания релейной защиты приводит к возникновению эконо-
мического ущерба, а однотипные случаи неправильного
фуиккаонпрования в различных условиях работы защи-
щаемой сети могут вызывать существенно различный
ущерб.
Главными причинами возникновения экономического
ущерба являются повреждения основного оборудован ня
энергосистем: генераторов, трансформаторов* ВЛ и т. д.
Именно это в основном учитывается при расчете надеж-
ности энергосистемы. Однако прп системных авариях не-
правильное функционирование релейной защиты может
способствовать развитию аварии и последствия могут быть
настолько серьезны, что затраты на выполнение даже
очень сложных схем релейной защити будут несоизмери-
мо меньше, чем огромный экономический ущерб от цепо-
чечного развития аварии. Это кранэе усложняет строгпй
расчет надежности релейной защиты.
351
В распределительны к сетях
практически можно не считать
ся с системными авариями, так
как результатом неправильного
функционирования релейной
защиты будет являться в ко-
нечном Итоге только отключе-
ние элементов энергосистемы,
даже к очень ответственных,
Поскольку эти элементы мо-
гут отключаться н вследствие
собственной ненадежности, то
Рис, Юл. Кривая 5=/(<71Л1Ц) целесообразно найти взаимо-
связь между надежностью ре-
1ейной защиты и защищаемой распределительной сети,
1 [84] проф. В. Л. Фабрикант показал, что качественные
|ыводы о некоторых требованиях к надежности релейной
ащнты можно сделать и не зная количественного значения
[церба от ее неправильного функционирования,
На рнс. 13. г приведена кривак 3— /(<?Иид1), показывающая в общем
вде, что приведенные затраты 3 Eta выпуск устройства релейсюй зашн-
ы возрастают от пуля до бесконачностн по мере уменьшения коэффя-
веита неготовности защити ?МВ1. Если считать средний ущерб от од*
ого отказа защиты в срабатывании равным >'а, а средний параметр
ребоианвй срабатывания защиты си, то годовой ущерб от отказов за-
(чты составит У=Уа На рис. 13-1 показаны две прямые Уг и
а для различных значений ы. Минимум результирующего ущерба яа*
>дитсв но известному выражению 0, откуда —d,3/d^ieBi“
-Уцй). Длн кривых суммарных приведенных затрат точки ынни-
ума Л н Б соответствуют защите присоединений менее и более часто
овреждающнкся соответственно. Отсюда в [81] сделав вывод о том,
го надежность срабатывании более часто повреждающегося присое-
ипепай должна быть более высокой (меньше chimb Аналогичные рас-
Гждеини могут быть проведены для оценки надежности яесрабатыва-
ня зашиты прп внешних КЗ. Поскольку значение со будут относиться
е я мидящаемому, а к смежным присоединениям, то в [84] сделан
ывод о том, что надежность несрабатывания устройств релейной лв-
щы должна быть тем выше, чем непсе надежна сеть, прилегающая
защищаемому присоединению.
Анализ, проа еде ним и в [84], дает возможность сделать
эль ко качественные выводы о надежности релейной за-
щти. В [85] было показано, что прп рассмотрении гга-
ежностн релейной защиты распределительные сетей мож^
352
яо получить п количественные результаты. С этой целью
предложен метод, позволяющий определить с известными
допущениями взаимосвязь между требованиями к надей-
ностп релейной защиты н известными параметрами на-
дежности защищаемой сети,
13.2. Метод эквивалентных повреждений
Основная идея метода эканналентных повреждений—
нахождение такого повреждения в защищаемой сети, по-
следствия которого в большой степени эквивалентны по-
следствиям от неправильного функционирования релей-
ной защиты, Для распределительных сетей эквивалентным
можно считать такое повреждение в сети, когда при пол-
ностью исправной релейной защите п автоматике оказы-
ваются отключенными Те же элементы, что и прп рассма-
триваемом случае непрапильного функпнонированпя за-
щиты: ложного или нзлпшиего срабатывания или отказа
в срабатывании. При этом необязательно, чтобы элементы
отключались при КЗ, в следует учитывать и те из них,
которые в это время выведены, например, в ремонт или
на профилактику. Конечно, полной эквивалентности до-
биться невозможно хотя бы потому, что повреждение
элементов сети требует для своей ликвидации больше
времени и средств, чем неправильное функционирование
релейной защиты, но это дает некоторый расчетный
запас.
Так как имеются подробные многолетние статистиче-
ские данные по параметрам потоков отказов всех элемен-
тов сети, то легко может быть подсчитана вероятность
эквивалентного повреждения. Для того чтобы общин уро-
вень аварийности защищаемой сети не повышался суще-
ственно из-за неправильного функционирования релейной
защиты, необходимо, чтобы вероятность последнего со-
ставляла небольшую долю вероятности эквивалентного
повреждения, например имела порядок точности расчета
вероятности эквивалентного повреждения. Разным видам
неправильного функционирования релейной защиты соот-
ветствуют п разные эквивалентные повреждения, н поэто-
му требования к надежности релейной зашиты неодинако-
вы для случаев ложного срабатывания, излишнего сраба-
тывания п отказа в срабатывании.
Метод эквивалентных повреждений позволяет решать
и обратную задачу. Если известны многолетние статпстн-
23—ВбО
353
чес кие данные о количестве ложны я в излишних срабаты-
ваний и отказов срабатывания устройств релейной защи-
ты, заложенных в проект распределительной сети, то мож-
но рассчитать результирующее снижение надежности сети
за счет неправильного функционирования зашиты. Если
это снижение будет больше, чем допустимо, то необходи-
мо внести изменении н проект релейной зашиты сети. Та-
ким образом, расчет надежности релейной защиты стано-
вится естественной составной частью расчета надежности
распределительной сети, а релейная защита оказывается
«про пор и нон аль но-прочной ж с защищаемой сетью.
Ниже пснолъзуютсЯ следующие Обозначения: />,<• — средняя веро-
ятность ложного срабатывания, лрв отсутствии требований срабатына-
нни, — средняя вероятность излишнего срабатывании при одном
требовании несрабатывания; fOiC —средняя вероятность отказа зылигы
при одном требовании ердбатыванпя; fr —• средняя вероятность йннра-
вилъного функционирования одного из трея видов; Фу —средний пара-
метр потока КЗ А'-го присоединения за расчетное время Г; coj — сред-
ний параметр потока КЗ эвящЩаемого првсоедднеинп эз расчетное вре-
мя Т; о)г— средний параметр требований функционирования f-ro вида
за расчетное время Г; ra(tj (оов-&. г.с, wuliU|C1 oB1.O|tj — средний параметр
потока эквмвалеоткых повреждений f-го вида за расчетное время Г;
Aijv — продолжительность плановых и аварийных отключений /v-го при-
соединения за расчетное время Г; с; (й.,.?, oil41 а,;,,с)—отношение ве-
роятностей неправильного функционирования защиты /-то вида я веро-
ятностям соответствующих эквивалентных повреждений.
Если известны средняя вероятность неправильного функционеров ft-
пня на одно требование fr и средний параметр требовании того же вида
ф], то средним параметр потока отказов функционирования защиты Лго
вида за расчетное время Г составит /Есо[. При среднем параметре пото-
ка эквивалентных повреждений основное уравнение, характеризую-
щее предлагаемый метод, имеет над
//tor = flj шеи[; ft = Oi^Hi-fcoi-, (13.1)
J3.3, Показатели надежности епннячной защиты
с абсолютной селективностью от всех видов КЗ
В качестве простейшего примера рассмотрим прпменеям ынтедй,
эквиваленты^ повреждений для ВЛ, имеющей одну защиту с абсолют-
ной селективностью.
Ложное отключение. Эквивалентным но последствиям ложному от-
ключекяю является КЗ ва защищаемой ВЛ, прячем можно дифферен-
цированно рассматривать случая устойчивых и неустойчивых КЗ, лнм-
351
вндярующкхси в бестоковую паузу АПВ. При ложном отключении, вы*
ззаином отказом какого-либо элемента устройства защиты, так же иак
в при устоЛаввом КЗ, действие устройства АПВ будет неуспешным в
ВЛ останется отключенной. При ложном отключены! защиты да-за слу-
чайной кратковременной помехи, так же как п нрв неустойчивом КЗ,
деАетвве АПВ будет успешным. Поэтому если имеются да иные о лож-
ной работе защиты из-за помех, то расчет должен проводиться дважды.
Расчетное выражение для случая ложного срабатывания
7л,с = Пл,с 7*, Ц3.2)
где «ХГ—количество КЗ на защищаемой ВЛ за расчетное время Г
Значение Ю; коляшо учитывать как повреждения собственно ВЛ, таи
[] линейных разъединителей, ТТ и др.
Иыишнве срабатывай не. Поскольку выбор эквивалентного повреж-
дения зависит от объема требований несрабатывания при виешввд КЗ
в прилегающей сети, то общей ыетоднДя такого выбора нет. Рассмот-
рим этот случай яенравнльиого функцвовнровбяпя па конкретном при-
мере распределительной сети, схема которой показана на ряс. 13.2, п.
По двум параллельным линиям 5Л/ и ВЛ2 осуществляется нвтание
приемной подсталцви с четырьмя отходящими ВЛ. Анализируемая
58Щ1[та РЗ установлена па ВЛЕ Предположим, что поперечная дпф-
ференсшалъяая защита отсутствует И *' одновременным Излишним от-
ключением обеих ВЛ от одной защиты можно не считаться- За расчет-
ный примем такое нелишнее срабатывание защиты ВЛ1, при котором
прекращается питание потребителей и по ВЛ2. К отключенью обеих
ВЛ могут привести два вндв излишних срабатываний. Это, во-первых,
нэлншвее срабатывание защиты ВЛ/ при КЗ на параллельной ВЛ?
(рис, 132,о1)- Оно может произойти только при тех КЗ на ВЛ2> При
которых ток достаточен для излишнего срабатывания. Если известны
си? для ВЛ2 и доля длины ВЛ2 Ь, Кри которой может произойти излиш-
нее срабатывпине. то первая составляющая параметра потока требова-
ний несрабатываний рявнв
ши.с 3=1 (ГЭ.З)
Второй вид взлмшнего срабатывания эащкты ВЛЕ приводящего к
прекращен ню пвтанкя потребителей, может иметь место ори внешних
КЗ н отключенной ВЛ? (рис. 13.2,6). Если известно время А/г, в тй-
чеггве которого ВЛ? выводится в аварийный ремонт или на профилак-
тику эа расчетный интервал Т, то вторая составляющая параметра но-
тика требований несрабатывание равна
№
Ч.< - ЦЕ W^T' (13-4)
Аг
где ZoK — сумма параметров потока требований несрабатывания при
з
КЗ ив ВЛЗ —ВЛ?^ за время Д/в.
23- 355
Рнс. 13J. Примеры случаен неправильного функиноилровниня релейной
зашиты н эквивалентны к новреждеггпп
Таким образом,
я
“и.с^ <%,с + ^2 “Г iJBSCDJV/T- <ГЭ 5)
Эквивалентным^ повреждениями (при правильной работе защиты)
для первого вида излишнего срабатывания являются одновременные
КЗ на ВЛ1 я ВЛ2 (рнс. [3J2, а) в КЗ на ВЛ1 при ВЛ2, выведенной
в аварийный ремонт или профилактику (рис- 13.2, г).
Параметр потока одновременных КЗ на двух ВЛ <0j,a задается
статистикой. О„ существенно больше на двухнепных ВЛ, ко имеет за-
метное значение и для ВЛ, проложенных на разных опорах в одвом
коридоре.
Параметр потока Повреждений ВЛ} за гпгтервол времени Аг?.мож-
но найти по лыражиггню Эквивалентным повреждением для
второго внДа пзлишЕЕего срабатывания будет одно из рассмотренных
выше (рве- 13.2,2), н поэтому дополнительных составляющих (oai|B1O
otto гге вносит. Поэтому окончательное выражение длв силх.и.с имеет вид
^вн,]],с = ,2 + । (13.5)
0 соответс] ани с ([3.1)
\с.= %1Л1н,Л1Гал,с(ш1,3Г+Ш1 4)/(^T-h^E5X )
(|3,7)
Рассмотрение знаменателя выражения ([3.7) показывает, Что
средняя вероятность излншието срабатывания должна быть тем нвже,
356
чем. менее надежны смежные ирисоеднкенкя (чем выше параметры
и «>•), т е, это выражение полностью согласуется с качественными
выводами.
Отказ в срЯбвтываянн. Вероятность отказа а срабатывании щ,)|( Пр0-
пор п кон аль на веравтиостп повреждений защищаемого присоединении
W).
ь*о,с — wi Jo,cj (13 Л)
Последствием откола в срабатывании является действие резервных
зашит, приводящее к обесточиванию системы шп», от которой отходит
защищаемое присоединение. Следовательно, эквивалентным будет по-
врежден не, приводящее к отключению системы шнн: КЗ на шннаи,
шинных разъединителях, повреждения II л TH, отказ выключателей
отходящих присоединений. Следовательно, средний параметр отказов
*п?х.|>гс можно определить как сумму параметров КЗ на шинах tom и от-
казов первичного оборудования № присоединений (оп, которые могут
привести к отключению системы шин:
jV
I
В соответствии с принятым методом в>г/фс = Яа,«<йэк.и.е нли по
(!3.8) н (ГЭ,9)
= +2(^/аг Iй-
Выражение (13-Ю) соответствует качественным выводам [84J.
13,4. Результирующие показатели надежности комплекта
защити присоединении
Так как последствия ложного или пзлпшне1о отключеннк нли от-
каза в срабатынаинг! зашиты не завися? от того, вызваны они непра-
вильным фувкппоиировеннем единичной защиты н„еИ комплекта защит,
то эквивалентные повреждения для каждого такого случая не отли-
чаются от рассмотренных выше- В то же время вероятности каждого из
случаев неправильного функционирования для комплекта защиты и
Отмельной зашиты различаются.
Ложные Отключения комплекта защиты ВсегДа более вероятны, чем
единичной зашиты, так мак количество аппаратуры, которая может
выйти пз строя, уве-тичниается. Следовательно, средняя вероятность
Jn.c ложного срабатывания комплекта защиты будет равна сумме сред-
них вероят|шетей f.i.e п каждой ил звгапт комплекта:
fa ,с = i /л,cm = ал,с Jl-3.ll>
Г
357
Здесь также можно рассматривать случаи устойчивых и неустон-
чивых причин ложного срабатывания, яак н nptE единичной защите.
Излишние срабатывания комплекта аэшят также происходят чаще,
чем отдельной яаящты. Расчетные вероятности кзлишивх срабатываний
Отдельных заящт комплекта отличны друг от Друга, например при КЗ
за трансформатором ПО—220/6—10 кВ вероятность излишнего срабаты-
вания защиты от междуфазных КЗ ишпе, чем а а шесты нулевой после-
довательности, и т-д. Поэтому отдельные составляющие средних пара-
метров потока повреждений u)B.c „, которые могут вызвать излишние
срабатывания комплекта защиты, неодинаковы. Следов в телъво, и отно-
шепни вероятностей нэлпптюто срабатывания отдельных защит к ие-
роятЕ'Остям эквнв&лемтпого повреждения аа.ея могут быть в лрннцине
разными:
/в,с ~ /я.см ®вн,я,с а1,ст/®н,ат- (Г^. 12)
1
Отказ в срабатывании комплекта защиты менее вероятен, чем от-
каз отдельной защиты, поскольку прн лозрещиенгтях может прийти в
действие больше чем одна защита (зашита других фаз, защиты с боль-
шими выдержками времени и Г-Д) Если при каждом КЗ Eta эащн-
швецом присоединении приходят в действие кота бы две равноценные
и полностью независимые защиты, то со случввмн отказов заящты
можно не считаться, поскольку вероятность евх одновременного непра-
вильного функционирования равна квадрату такой вероятности длв
одиночной ззшеетЫ, т.е. пренебрежимо мала. Однако полное) независи-
мости ЭВЙ1ПТ, по крайней мере в раенределительнЫх сетях, практически
быть не может, особенно па подстанциях с переменным оперативным
током. Наличие общих источников оперативного токв, ТТ в TH, блока
нятаыия полупроводниковых устройств защиты я электромагнитов ун-
равлеппя we позволяет считать защиты независимыын, н вероятность
одновременного отказа, хотя и меньше, чем вероятность отказа каж-
дой кз них, но все-таки имеет значение, с которым нельзя не считаться.
Нужно иметь в виду, что ирн наличии ступенчатых защит (рмс. 13.3)
отказ их I ступени (на ЯЛ;?} может привести прн КЗ в точке К Г я сра-
батыванию защиты 1] ступени предыдущих участков (5J7/), т е. к
таким же последствиям, что н полный отказ защиты. При КЗ в точяе
/О? ЗЛ2 отключпгся своей зашитой ]1 ступени. Многообрвэве условий
не позволяет дать какие-либо общие выражения для оценки вероятно-
Рнс. 13-3- К выбору Эквивалентного
повреждения для случал отказа сту-
пенчатой защиты
358
ств отказов комплекта защиты нрзсоедшиика, одегэяо для конкретны!
случаев такая оценка вполне возможна.
Необходимо огметнть, что значения /д, иояучев.ные вэ приведен'
нт выше выражений, учитывают случаи неправалъного функциониро-
вания, вызванные любыин причинами; аппаратной ненадежностью уст-
ройств, ошибками проектным организаций и эксплуатирующего пер-
сонала. Если пользоваться имеющейся многолетней статистикой работы
релейной зашиты, то легко убедиться, что распределение случаев не-
правильного фуякционвроваввн защиты но вызнавшим их причинам
врамтически повторяется Ю года в год, и нозтоМу по вычисленным но-
казатВлям а, можно определить и требование м апнаратной надежности
устройств релейной защиты. При этом можно подчеркнуть, что пз-зв
низкого качества аппаратуры происходит только 14—15 % случаев не-
правильного функционирование зящвты. Следовательно, в первую оче-
редь прн создании новым устройств необходимо обращать внимание на
удобство эксплуатации к снедение к минимуму профилактических ме-
рсярпятий, требующих высокой квалификации персонала.
Наиболее дооговерные результаты при расчета надежности функ-
ционирования релейной защиты можно получить нри нсдользовдвнк
Статпогоческих Данных, Прн этом требуются данные яе только о коли-
честве случаев неправильного функционирования, ио а количестве тре-
бований срабатывания и дорабатывав в в. Последнее требует некото-
рой обработки фактических данных, так как колячоство требований не-
срабатывания защиты какого-либо прксоедявевпв является сунной
требований срабатывании поскедуннЯнх (релю н предыдущих) врвсоедя-
кенпр.
Дли иллюстрации метода эквивалентных повреждений
ниже приводятся результаты расчета коэффициента аг
для сети 35 кВ, на ВЛ которой установлены ступенчатые
дистанционные защиты. Испольэоаав данные [86] и счи-
тая количество присоединений, КЗ на которых может эы<
знать пэлишнее срабатывание, равным четырем, получили
следующие данные по :/л,с=0,74-10”э; fe.e=i,5-J0-1;
f4]C=3- 1О’Э. Параметры потоков повреждения ВЛ 35 кВ:
одиночной 2,5 1/год на 100 км ВЛ; одновременного по-
вреждения двух параллельных ВЛ на одних опорах 0,05
1/год на 100 км ВЛ; параметр потока повреждений шин
35 кВ — 0,05 1/год; параметр потока повреждений выклю-
чателей 35 кВ — 0,015 1/год, однако не все они связаны с
отказами прн отключении КЗ, параметр потока которых
принят ранным 0,01 1/год. Параметр потока остальных по-
вреждений, приводящих к работе защиты шнн, принят
равным 0,01 J/год, Часть планы параллельной ВЛ, при
КЗ на которой может произойти излишнее срабатывание
369
защиты другой параллельной ВЛ, примем разной ОД
Время эывода ВЛ 35 кВ а плановый или восстановитель-
ный ремонты составляют 48 ч. Расчет ст, проводится по
выражениям (13.2), (137) и (13.10) для BJ1J сети, показан-
ной на рис. 13.2, а. Длина каждой пз ВЛ принята равной
15 км. Общее количество присоединений на питающей
подстанцпп примем равным четырем. Расчет дает следую-
щие результаты: ол,с= 2-10”3; Ояс-^0,06 (ВЛ/ и 9Л2 па
одних опорах); оИ|С 0,26 (ВЛ2 и ВЛ2 на разных опорах);
аъ,с~0,08. Интересным выводом из распета является же-
лательность повысить надежность несрабатывания аащгь
ты ирп выборе варианта с питанием потребителя но двум
параллельным ВЛ, проложенным гга разных опорах, так
как излишние срабатывания зашиты больше сказываются
в сети с более высокой надежностью питания.
Слисок литературы
Г. Федосеев А, М. Релейпая зашита электроэнергетических систем.
Релейная зашита сетей. М_: Эпергоатомгсадат, |9tM. 520 с.
2. ^ Пранила устройства электроустановок. М.: Энерговтоинздят,
3, Реле защиты. МЭнергия. 1976. 464 с.
4, Гельфанд Я. С, Релейная ацшнтн распределительных сетей. М.:
Энергия, |975. 326 с.
5. Кудрввцея А, А„, Кузнецов А. П., Григорьев М. Н. Максимальная
тоновая защита с магнитными трансформаторами тока, М_: Энергонэ-
двт, 196 г, 56 с.
6. Пдлерво Л. Б. Бесконтактные токовые защиты электроустановок.
М.1 ЭнеРгОнздат, [9ЙЗ. i [2 с.
7, Н удельна и Г. Q Измерительные реле тока на операцяОЕЕИЫд уси-
лителях.— Элеэтр01ехническоя промышленность. Сер. Аппараты низко-
го напрнжеинн, 1976, М 6, с. 3—11.
6. Королев Е. П., Лнберзон Э, М. Распет допустимых нагрузок э
токовых цепях релейной защиты. М/ Энергии, ] 980. 230 с.
9. Гельфанд Я- С, Гвлубеь М. Л,, царев М. К. Релейная зашита
и электроавтоматика на переменном оперативном токе. М.: Энергия,
1973. 260 с.
10. Недель Л, А, Зашита электродвкгнтелей прн Перегрузках с аз-1
вненыой от тока выдержкой времени, — Электротехническая промыт*1
леияостъ. Сер, Аппараты низкого напрвжекия, 1992, № 4, с. 13—(6.
Г1. Стасееко Р, Ф,г Фещенко П. П. Автоматизация сельских влек-
тричесних сетея. Киев: Техника, 1992. 12g с.
12. Гельфанд Л. С,, Перельман В. Ш- Максимальные реле тока с
регулируемыми время-тоновимн хэраетеристпками. — Электр 1Г|оствот
[973, № 3, с. 9—J4.
13. Фвбрнкып В. Л. Дистанционная защита. М.: Высшая школа,
1976. 215 е.
360
Т«, Шнмрсон Э. М, Дистанционная аашнта. М.: Энепгоатодндвзт.
[986. 448 с. И
15. Назаров Ю, Е Фаэочувствнтельная схема как орган йвпсаеле-
ния мощности, — Электричество, 1956, № fl, с. 53—62.
]6. Статическое реле направления мощности серии РМДО. Я. Лв*
Жц( Г. С. Нудьльман, В. М. Шевцов я До. —Электрические ставцни,
1982, № 5, е, 63—66.
17. Федоров 3. !С, Шиверсов Э. М. 11змернтельные ортакы двстан-
цпо иных зашпг на основе операционных усилителе 0.—Электричество^
1980, № 2, с. 6-15.
Гб. Дистанционная защита распределительных сетей 6— 20 кВ с
сетевым резервнрованпем/Б. Б. Амениикяй, Э. М. Шяесрсои, Ж П, Ге А-
дернен н др. — Электрические ста ними, [973, М 7, с. 8—15,
[9. Шнесрсон Э. М. Полунроводипковые реле сопротивления. М.;
Згергпи, 1975. 144 с.
20, Гельфанд Я. С-, Перельман В, Ш. Дистанционная заящта линий
распределительных сетей. — Тр. ВНИПЭ, 1973, вын. 43, с. [23—[30.
21, Боцдаревский Л. В., Педлер В. Н. К вопросу о схемах Дистан-
ционных защит с непрерывными датчики мн сопротивлении. — Электре*
чесгао, [968, № |, с. 72—74.
22. Гельфанд Я, С., Перельман В. 111. Реле сопротивление с исноль-
эованвеы широтно-импульсного делительного устройства. — Электриче-
ство, 3979, № 9, с. 13—20.
23. Казанский В. Е. Трансформаторы тока в устройствах релей si ой
защиты и автоматики. М.1 Энергия, 1978. 264 с,
24. Длстаицнонная защита ВЛ 35 кВ с измерением расстояния до
места повреждения/ Я С. Гельфанд, В. Ш, ГТерельман^ А. А, Адерв-
хни и др.—Электрические станция, 1982, Лй |0, с, 63—67,
25. Лысенко Е_ В. Функциональные элементы релейных устройств
на интегральных микросхемах. М: Энерго а том вздет, 1982. [2В с.
26. Нудельман Г. С, Реле сопротивления на Операционных усилите*
лвх. — Электрические станции, 1982, № 3, с. 73—74,
27. Фабрикант В. Л. Фильтры симметричных составляющих. Ми
Госзнергонэдвт,, 1962. 423 с.
28. ЛутввскнА Я. Н-, Семенов В. А, Релейная зашвга на микро-ЭВМ
аа рубежом. — Энергохозяйство за рубежом, 1982, № 6, с, 26—28.
29. Сеченов б, А. Системы управления Подстанциями с использо-
ванием микро-ЭВМ. — Энергохозяйство эв рубежом, 1984, № 5, е. |—5.
30. Гельфанд Я. С. Выпрямительные блоки питания н зарядные уст-
ройства в схемах релейной защиты. М.: ЭнергоатоМиэдат, 1983. [92 с.
31. Аналоговые п цпфровые интегральные микросхемы; Под ред.
С, В. Якубовского,—Мл Редгто и связь, |984. 432 с.
32. Недель Л- А., Дони Н, А. Блоки ъыдержкп времени па интеграль-
ных микросхемах для комплектных устройств защиты. — Элентрсоехнь-
ческая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения, 1981,
№ 5. с. 13-23.
33. Лентес Л. В., Пннцов А. М, Схемы замещения многообмоточных
тр в неф ори второа. М.: Энергия, 1974. [92 с.
34. Дымкоа А, М., Киболь В, М., Тишелин Ю, В. Трансформаторы
напряжения, М.: Энергия, 1975. 200 с.
35. Вакнн В, И. Трансформаторы 11а[[ряж?1ЕИя и их вторичные Не-
Лгт. Мд Энергия, 1977. [04 с.
36. Богорад А, М-, Недлров Ю. Г. Автоматическое повторное вклю-
чение □ энергосистемах. М.: Энергия, 1969. 336 с,
361
37, Исследование режимов работы трансформаторов напряжения
гонтреля нэолнцци в сетях 6—10 кВ/ В. Г. Алексее а, С. Г. Дунайцеи,
4. А. Знхерыан к др- — Электрические станции, 1980, М г, с. 56—59.
38. Берк аз вч М. А., Молчанов В. Вь, Семеыв В. А. Основы техники
ьелеПной защиты. M.i Энергоатоынэдаг, 1954. 376 с.
39. Шлбад М. А, Расчеты релейной защиты и автоматики распре-1
1елптелъныя сетей. Л.: Энергоатомпздзт. 1985. 296 с.
40. Андриевский Е. В. Эксплуатация оборудования электросетей в
елъской местности. М..: Энергия, 1980. 36 с.
41. Левнуш А. И., Санир Е. Д. Преобразователь напряженки поето*
гнвого тока для высокочастотных эрщнг сгв полупроводниковых лрн-
юрах. — Электрические станнин, 1967, № J, е, 68—7],
42. 0. П, Велон, Ф. М- Роэенблюм. Преобразовательный блок пнта-
1ня ыоссгниетью [5 Вт. — Электротехническая промышленность. Сер-
In пара гы низкого напряжения, [983, № 5Т с. ]8—20.
43 Шабад М, А, Защита трансформаторов распределительных се-
ей. Л.: ЭнсртОНЗдат. (981. 136 с
44. Фабрикант В. Л., Андреев В, Ащ Куэмвн Я. Ф. О целесообраз-
:ости применения управляемых предохранителей.—Электричество, 1968,
й 8, с. 66—69.
45. Голубев М. Л- Расчет уставок релейной защиты и предохр&вн-
елей в сетях 0,4—35 кВ. М.; Энергии, 1969. |М с.
46, ПроиНИкОва М. И. Фильтровые аящнты от коротких эаыыклнвр
;ля сельских электроустановок. — В кв: Автоматизация производствен -
ых процессов в сельском хозяйстве- М.: Изд-во АН СССР, 1956, с. 360—
65.
47. Гельфанд Я- С. Согласование устройств релейной защиты рас-
ределмте-пьных сетей методом вольт-амперных харветеристин.—Элек-
ричестВо, 1975, № 4, с. Г—6,
48. Бургсдорф В. В, Открытые электрические дуги большой мощ-
ости, —Электричество, 1948, л? 10, с. 15—23.
49. Гельфанд Я- С. Анализ чувствительности направленных фнлът-
овых высокочастотных защит-—Электричество, 1983, №8, с. 1—6-
50. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 12. Мл Энер-
ня, [980. 88 с.
51. Дисгаянноннан и токонвя защита линий Ц1ДЭ-2801/А. ЬГ. Енрг,
'. С. Пудель мая, Э- Н, Федорой н др. — Электрические станции, [984,
& 9, с. 52—55.
52. Фабрикант В. Л. Анализ продольных дифференциальных защит
икай методом диаграмм ц комплексной плоскости. — Электричество,
960, № 12, с. 43—46.
53. Фабрикант В. Л., Орехой Л. А. Роль компенсацян влияния вспо-
:огательнЫх проводов и продольной дифференциальной эашнте линий.—1
|лектрнчество, 1966, № 7, с, 9—12,
54. Инструкции [[О наладке н проверке продольной днфференцявль-
ой защиты линий ДЭЛ-[. М_: Энергия, 1972. 64 с.
55. Кед я ров Ю. И, Устройство дифференциальной токовой зашиты
соедини тельными проводомн. — Нэи. вузов. Сер. Электромеханики,
979, № 9, с. 845—848.
56. Руководящие указания тю релейной защите. Вып. 8. М,: Энер-
ня, [970. 56 с.
57. Левхуш А. И. Пусковой орган dUJdf дли сложных защит ли-
нй И 9—220 кВ, питающих тяговую нагрузку на однофазном перемен-
ом ,токе. — Тр- ВНИИЭ, 1966, вып- 26, с. 50—59.
362
58. Гельфанд Я, G, Зисман Л, С Обнаружена? повреждений в мек-
трнческих сетвх по мгновенным значениям аварвйных составляющих.
М.; Информэнерго, Экспресс-информация. Сер, СУэ, 1975, № |, с |Э— [4.
59. Федоров Э, К„ Шнееролв Э. JH. Пусковой оргвн блокировки дис-
танционных зашит при качаниях. — Электра чеекке станции, г9^ № б,
с. 57. 59.
60. Федоров Э. Х„ Шнеертон Э, М, Дистанционная защита для ли-
ний 10—35 кВ. — Электрические станине, 19Й4, Mi 4, с. 64—67'
6 г Руиввадящне указания по релейной защите. Вын, 7. М.т Энергия,
1966- 172 г,
62, Св рота LI. М. Переходные процессы в компенсированной сети
при замыкании фазы не землю.—В ни.: Вопросы устойчивости и авто-
матике энергетических систем. Киев: Изд-во АН УССР, 1959, вып. ]6,
'с. 55—76.
63. Шуин В. А. Влннние разряда емкости поврежденной фазы на
переходный процесс при замыкании на землю в кабельных сетях. —
Электричество, 1963, № 12, с. 4—9,
64. Квсквчн В. М. Селективность сигнализация замыканий на зем-
лю с пспольэоааивем выешкх гармоник тока нулевой последовательно'
стн. — Электричество, [967, № 9, с. 24—30.
65, Сироте И. М. Снгнйлнэвцпа замыканий на землю в компенсиро-
ванной Сети, оенряанная на нснольэоввнпв тока второй гармоннкв —
9 кил Сигнализация эамЫкаппй на землю и комвененрованных сетях,
М.г ГосзнергонэДвт, 1962, с. 63—69.
66, Нудельман Г. С,, Качели Н, А,, Эверсков О. Л, Органы толи за-
щит От замыканий на землю, — Электроткхнячеикая промышленность.
Сер. Аппараты низкого наернження, 1982, № 1, с. 13—18.
67. К вскачи В, Art., Назаров Ю. Г. Устройства сигналвэацвп замыка-
ний на землю в кабельных сетях 3— ГО кВ. —В кц.: Сигнализация вя-
миканий на землю в компенсированных сетях. Мл Госзвергоиэдат, [962,
с. 39-66.
68. A. Q 805463 (СССР). Устройство ДЛЯ защиты электроуста-
новки от однефазного зымыкания на землю а компенсированных се-
тях/В. М. Кнсначн. Опубл, в Б. И., 3981, № 6.
69. А, С 525|Й1 (СССР). Устройство для зашиты От однофазных
замыканий ив землю в компенсированных сетях/ В. М. Кпскачн. Онубл,
в Б, Г1., 1976, № 30,
70. Борукмаи В- А.г Кудрявцев А. А., Кузнецов А, П, Устройства
для Определения мест повреждения на поздушпык линиях Электроне-
редачн. Мл Энергнв, i960. 104 с.
7 Г, Пвпов И. И., Соколова Г. В_, Махвев В, Н. ПмпуЛъсная защи-
та электрических сетей от замыканий на землю ткна ИЗС-—Электричес-
кие станции, 1978, № 4, с. 69—73.
72. Дроздов А. Д. Электрические цепи с ферромагнитными сердеч-
никами в релейной эащнте. М.: Энергия, 1985, 246 с.
73. Дмитренко А, М. Об использования пауз для отстройки диф-
ференциальных защит от переходных токов Небаланса. — Электричест-
во, 1979, № г, с. 55—58.
74. Дмитренко А. М. Реле днффереНПналыгай защиты высоковольт-
ных двигателей н понижающих трансформаторов, — Электрические
станпнн, 1983, № ]2, с. 56—59.
75. Ксноаьзоваыие детектора искажения формы дифференциального
тока в защитах с реле РНТ н ДЗТ/ В. А, Аллилуев, А. С. Засыпмнв,
Г. П. Варганов и др. — Электрические станцнв, I98S, ЛЬ 4, с. 65—68.
363
76. Лнберзон 3. М., Королев Ег Л. Рабств упрощенной схемы диф-
ференциальной токовой защиты трансформаторов, — Научно-технический
сборник Энергосетъпроекта, 1972, К> 6, с. 30—44,
77. Руководящие указания по релейной защите. Вып !ЗВ. Эыерго-
атомиздат, ]985. 96 с-
78. Суанмова М. И, Газовая Защита с реле РГЧЗ-66.—М.-. Эцер-
гегя, 1976. 56 с.
79. Испытания КРУ tra ^ок ал нз алии иную способность/1 Ю. A. AijO-ть-
пев, Д. Н. Бкмбйт, Ю. 1[, Носов и ДР- — Электрические стамцссзц 1984,
Х7Э.с. 40—5].
80. Гельфанд Я, С, Зисман Л. С,, Скитальцев В. С. Направленная
фильтровая защита линии с ответвлениями. — Тр. В1гИИЭ, [967,
аыи. 31, с. 241—26].
8], Квмсвн А. Н„ РубвычНк В. А. Релейннгт защита лееНеей с ответ-
чтениями, М.; Энергия, 1967. 261 с
82. Универсальная продольная дифференциальной зашзна коротких
ВЛ/ Л. В. Межалс, Л. А. Орехов, В. Л. Фабрикант н др. — Электриче-
ство, J970, № 3, с. 22—26
83. Слвдарж М. И, Рр-тсйЦая знецнта п автоматика подстанций на
□тестВленгт]] при наличии мощных синхроггных Электр одам рателей. —
Э-тектрическне стациям. 1969, Д? 9, с. 74—77.
84. Фабрикант В. Л. Пути повышения надежности устройств релей-
иоГг защиты я автоматики энергосистем. — В ян.: Методические вопро-
сы исследования надежности больших систем энергетики. Надешноетъ
релейной защиты и противоаварнйкой автоматики. Электроэнергетиче-
ские системы, Иркутск Изд-во СЭИ, 1978, выл. 14, с, 93-—108.
85. Гельфаад Я С. О взаимосвязи между надежностью релейной
защиты и надеж ееостью защищаемой распределительной сети, — Элек-
трич®йтЬо, 1984, № 3, с. 47—49-
86. Гук Ю, Б., Зейлндзов Е. Д., Манвя Н. А. О применений основ-
ных понятий и претерпев надежности в релейной защите-— Электриче-
ские стаиини, ]967, № 8, с- 73—74,
87. Шнеерсон Э. М. Измерительные органы релейной защиты ва ос-
нове микропроцессорных структур, М: Информэлеитро, 1984 . 64 с.
88. БжевсКнй Л, Я> По wпросу надежности работы HTML! [0 кВ
и контроле изоляпии в сети |0 кВ. — Электрические ста и се ни, № 7, с. 73.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие............................................ Э
Введение......................... .................... 6
В.[. Веды повреждений распределительных сетей . 5
В-2. Элементы схем релейной загщгты .................. 7
Глава первая
Измерительные вртаны „ 4 . > » « * в
1.1. Плавкие предохранители . ........ 8
1Л. Общие уравнения измерительных органов релейной защиты 9
].Э, Измерительные органы тока и напряжения без выдержки
времени..................................... . . 12
1.4. Электромагнитные реле тока и напряжения , (3
1.5, Полупроводниковые реле тока в нанраженив .... 20
1,6. Измерительные органы юла с зависимой выдержкой вре-
мени । 27
],7. Электромеханические реле тока с зависимой выдержкой вре-
мени .............................................30
)-8. Полунроводннмавые ИО тока с зависимой выдержкой вре-
мени ............... 34
1.9. Измерительные органы с двумя сравниваемыми Be^it4nxfiMit 44
].[С. Электромеха На ческне реле нанравленив можностп , 51
f.ff. Полупроводниковые реле направления мощности . . , 54
I42. Электромеханические реле сопротивления ..... 61
1 .13. Полупроводниковые реле сопротивления , 6 г
1 .(4- Реле сопротивления с выдержкой Времени, зависимой от
Входных величин ............ 71
].Г5. Схемы нреобразоваипя сонротивлеикя па входе ИО в про-
яорикональпое напряжение......................... 73
Г. ГА. Схемы цифровых 150 сопротивления ...... 76
117. Токовые ЙО с торможением.................- . . 80
Г18. Нуль-инднкаторы ИО................................82
1.19. Фильтры сим метра иных составляющих............. 65
ГJ20. Схемы, выделяющие максимальные или инициальные пода-
ваемые величины.............................. 92
f-2fr Входные преобразователи ИО ........ 94
] .22. Перспективы применения микропроцессорных ЦО в релиз-
ной Затяге распределительных Сетей ...... 96
Глава вторая
Логические, сигнальные н исполнительные органы » . . . !77
2.1, Логические органы 97
2-2. Промежуточныв реле..............................10fl
365
2.3. Реле с магнитоуправлвемымв контактами (герконами)
г.4. Электромеханические реле времени................
2.5. Даухпоанцнакиые реле............................
2.6. Логические к цифровые ИМС .......
2.7. Полупроводниковые ирга ни выдержки времени
2.8. Сигнальные элементы ..........
2.9. Электромагниты управления...................
2.10. Особенности выполнения устройств на ИНС н транзнсто
рах ... ...........................
Глава третья
Измерительные трансформаторы
3.[. Область применения .............................
3.2. Установившийся режим трансформаторов тока
3.3, Трансформаторы тока в режиме повышен]гой нагрузки
3.4. Выбор трансформаторов тояа .......
3,5. Магнитные трансформаторы тока .
Э.6. Пэ мерительные трансформаторы вапряженни
3.7, Особенности роботы транс«|юриаторов напряжения при замы
камнях иа землю и обрывах в сети 6 и 10 нВ
Глава четвертая
Источники оперативного тока
4.1 Источинкн оперативного тока нн распределительных под
стапцикх . . .
4.2. Постоянный оперативный ток ........
4.3. Переменный оперативный ток .....................
4:4. Схемы е дешун тиров а нивы электромагнитов управления и
промежуточными насыщающимися трансформаторами
4,5. Схемы с выпрямительными блоками нптачиа
4.6. Схемы с предав роткльно зараженными конденсаторами
4-7, Источники оперативного тома для устройств, выполненных
на полупроводниковых приборах
4Л. Преобразователи постоянного Напряжения в переменное
(нннерторы) и выпрямленное напряжение ,
4.9. Стабилизаторы постоянного напряжения .
Глава питая
МвКснмдльяЫе токовые защиты
6.1. Защита Лланкпмн предохраыпгелямк . , . . ,
5.2. Схемы включения ИО максимальных токовых защит
5.3. Выбор уставок максимальных Юковык защит
5,4. Оценка чувстастольностп максимальных токовых ЭаШпт
5.5. Токовав отсечка.................................
5.6 Максимальные токовые защиты со ступенчатыми характе
рнстпками...........................................
5.7. Токовая зашита пулевой последовательности одиночны
ВЛ ЦО—220 кВ с односторонним питанием ....
5.8. Фнльтроная токовая защита обратной последовательности
5-9. Токовые зашиты с пуском до напряжению ....
5.10. КомбнниривенЕЕая отсечке по току н нрлрнжевню
i | I. Особенности выполнения токовых зашит от междуфазиых
КЗ а распределительных сетях 6 и 10 нВ
5u 12. Особенности выполнения МТЗ городски* кабельных сетей
6 н 10 кВ . , .........
135
106
108
Г 09
[16
[24
126
[29
133
|33
134
Г4[
142
[45
[46
152
155
155
]5е
[60
|б|
|63
[72
176
[76
[82
|86
[86
190
196
|99
360
203
203
204
260
207
208
210
366
я § § а я 3 S s
5-13. Особенности выполнения МТЭ сетей б н |0 кВ промышлен-
ных предприятий.................................. 2(2
5-14. Особенггостн выполнения МТЗ в сетях б и ГО кВ сельской
электрификации . . 2гЗ
5д5. Максимальные тоновые защиты радиальных ВЛ 35—220 кВ 2[7
Глава Шестая
Согласован не защит, использующих токи н полряжшйя Дащк-
щнемого присоединении » 217
6.J . Метод вольт-ямперных характеристик , ..... 2г7
6.2 . Вольт-амперные характеристики присоединений с односто-
ронним питанием..........................................
6.3 , Вольт-амперные характеристики устройств релейкой эадшты н
блоков питания и пх согласование . ......
6.4 - Использование ВАХ для оидяиза фильтровых направленных
эаящт . , .................... „ . , , . „
Глава седьмая
Текла ьге нвмрдвяеяные защиты ,
7.1. Назначение таковых направленных зкшлт...............
7.2. Токовые направленные защиты от междуфазных КЗ . ,
7.3. Направленные токовые отсечки . ...... „
7.4. Токовые нал ре пленные защиты от КЗ на землю в сетях
I [0-220 кВ..............................................
7.5. Опенка области применения направленных токовых защит в
распределительных сетнх...................................
Глава восьмо
Дифференциальные токовые защиты линий ......
6. Г. Виды дифференциальных токовых защит .....
0.2. Продольные дифференциальные токовые защиты линий
8.3. Анализ поведения продольных дифференциальных аащвт на
комплексной плоскости . . , .....
0,4. Контроль нЕПравяостн ВП
8.5. Продольные двфференпивльные эаыиты типов ДЗЛ-2 н
ДЗЛ-1М...................................................
86. Поперечные дифференциальные зашиты линий .
Главе девятая
Дитанцнонвые защиты линий -.......................... „
9.1. Область применения днетанпцоиегых зашит в распределитель-
ных сетях ............
9.2. Величины, подаваемые на ИО сопротивления ,
9.3. Схемы взаимодействия ПО и ИО зашиты .
9.4. Блокировка дистанционных зашит При качаниях
9.G. Блокнроккп ирн иеясирнвностн Цепей напряжения
9.6. Панели защиты типов ПЭ-3 и ПЗ-4.....................
9.7. Полуврпводннковые дистанционные зашиты ......
98. Выбор уставок дистанционной защиты...................
Гл а в а де с я ta я
Зашита н енгмелаэлцчя аамыквннй на здмаю в сетях с изолиро-
ванной нлн комиенсмромнной нейтралью.......................290
]0.|. Звмыкавня 1га землю в сетях 6—35 кЭ..................29Q
[0.2. Фильтры то ио в п напряжений нулевой последовательности 294
367
ЮЗ. Принципы выполнения защиты л сигм ал нэ ринк замыканий
на землю ..................................... 296
[0,4. Устройства защиты и сигнализации, реаглруюш.н& на со-
ставлшнщие нулевой последов а гель» ости промышленной ил-
сготы , ...... ,..........299
10.5, Устройства сигналнзйцнн, реагирующие на высшие тармо-
инки устав овившегося тока замыкан ня ...... 303
[0,6. Устройства защиты и снгийлизацни, релгирутощне ин состав-
ляющие переходного процесса звмыкання на землю . , Э09
Глава одиннадцатая
Защит* трансформаторов........................... 3|[
U.Г. Основные н резервные защиты трансформаторов . . 311
Г1.2. Продольная дифференциальная защита . . . „ „ 312
1Г.З. Дифференциальные защиты с НТТ ................Э|8
11.4. Дифференциал 14гвя защита понижающих трансформаторов
в составе устройства ЯРЭ-2201 ........ 322
Г Г.5. Схемы включения днфференцинлы1ых защит тренсформа го-
ров ............... 327
1Е.6. Выбор уставок дифференциальной защиты трансформаторов 329
1( 7. Газовая защита ........... „ 33г
I!.8. Максимальная токовая защите трансформаторов , . . 334
Глава двенадцатая
Защита упрощенных иодстннинй н интающмх их линий 35—
220 кВ ...... .................................. , 336
Г2.1 Особенности схем подстанций . .
12.2. Выполнение защиты подстанций..............
[2.3. Выполнение защиты питающих лвний . . . .
]2.4. Делительные защиты не укрощенных подстанциях
Глава тринадцатая
Надежность, релейной эаШнты распределительных сетей
335
338
344
349
, 35[
1Э.Г, Взаимосвязь между надежностью релейной защиты и на-
дежностью защищаемой сета . . , „ , . . « Збг
]3.2. Метод эквивалентных поврежден ай . . „ . . . „ 338
13.3. Поклзатия иадыикостн единичной защиты с абсолютной се-
лектнэностыо от всех видов КЗ.................................ЗМ
]Э>4. Результирующие нок вэ а тел и надежности комплекта защиты
нрнсоединения ............................................
Список литературы ....................................- ^60