/
Автор: Чернобровов Н.В.
Теги: электротехника электрические сети релейная защита электроэнергетика учебное пособие
Год: 1971
Текст
.'
...:..
......
. ....
..
... .....
.. ...
,..' ,..
.. ...
'1............... "'.....
у -'у
:::
"""-. """-.
.... ....
...;: ..
.. ..
,'<"
-;:..
.. ..
j:
-=--. :
.
.....................
".
:........ ..:......
.,;... =',
..... I .(......
... .t'....
1...:.... ..'-.,..t .....
"- ... ....:>::
,... ",...
....
:( :л
t!' t!'
....
...... ........
... ...
'
..., ....;",...
: ..'
;.:-=- .;: ':
....
.....:
.....
.;. ;. -.;.р
\.. \..
.... .. OIO". .... ";,;",:'" , ....... .--. ..':I>-............::
.. ..... '<;,. > ... . .,, -:..:. 0"''';:;;''---:: .....:=....... "1...:-,,:........ .... ;. ,».n
,..,.; " .... x ' . . ...."-. ....- ."--'t- ""'... ','" '" .....';..
r.,;;... .... ....: ... :.:: . '.. . -ry. ..., . . .';;,............O) ............;:, :::i,.... ... ... .й.
.....$':..... .. ... ,:;--..;:-..;... ","':.. "-''; У"" '" ... ;;:'. . .';.. .... >.
_:;:: .;;. .,., ::r.. .....- :' ;. ...... ...... .. ;. .. '> ..., '::;"":' ...
;:.." ., ..... '-Ъ...... . . 7..:.:......' '.-:'...,;. .."). :Ч;-- 1 .ч.. -...: ,......
':i:: .......... ,.'i-.,, ....... .;:...." .. :-.. х.." "':-......: '"1 ". .,.. "!' '"" ....... .
... J ..' ,'""'- <J"':I' ...... , "". о:>,; ""'... ....". ...." "'-..... .. ",-».n
:- .'" ...........' '\.: """,.,, . . -. , ...! . :... .','" ">. ... ... '" .....'i......
r.,;;",, ............,................ ... ,.,........-.,. .... а!" ..,.,..,> """....а... ...... .... "
'х.. "" ""'r;-:' "',,,,,",,,,,,,""-" ' .,4 .... ...... ............... ",,- "" . ." ..:..... . ::"\.о:.. . ... ..;. J........ -;a ....
..... ":" .."' ..,... .. ................... ... Jf:." ... . .,., ....... >
_:;::, ..; :--.,,,' --ч-. .....-. :-.5. ..... '''''' ''''''':-'''' .' .... ....... ..... ....
..... .. ... "1 . . 1 ";.,. >7... ...... . j """"). ..... "'1 .-"' ...... ._.:1.
. ". ... .......:::s:::.----....: ., ..; "'-.. ..--v . '>'''''' > j:<.. . .,...,. У'.... ::J''' ''' ..:-...
:.., ... -:..-.::;. . '\r .;:.,..., , i$' ('4" :;: .,.. ...' ....1;' "':"::-':. I.''} .:... "-;:-
":: ....* '-,;: ,, /; .,.,." .... <""''(.. . .: , . .. . . :-'.:rk .. "': . " . -. :::::-'';- ...0:...........
L' '/!............ i:). '" ... . ",.... ...... "" I 1 .... .. '.......: :."" .......
...'" 10 ,. . ............ -. ""I'I" ,,.+ "'=-""":;:;'" ....,"'1-;-'
.::.... " ....= o;::.;. '- ..::_ ............. /_.._,/ ::;,.. -. .... -;'--. ' ,-.. ..'" . ::.; ::: ....
..""\ ..... .. ")!". .. .. ...... . .cl ;..""'"1.;. .:;... .. .." \ . ;.. ... . ..
. """-=" .;. ......$. O:' . ')t. ..-:' '--= . .. rr;:;.. . .: . -;;<.. 1::
;r . .; .......... ....... --ф '-"1" ''' ' . -,']о. :::::
.... ;-: ., - ..... .. '1.. ('.. .....,. ...
. -; .{ '\. { .... . . . со ..
-.:: , .. "...:': ": . #( . i-'-"' .... ....;;:t =.....:; % ;) ,,-
.,'.':;""",- ,, ; ....... ' '.,. ...... ...,-f . . :... .....
......... ' --?"" .&........... ....-. r.... .- .: ........... .....,.. ..
"'" .... ...... ,, ....: с ::- ;.;,} .:-...., -':-:у
=, .. ...;r$ ..... ...... ......... 1.' ::-- ""Z:
,.. .......... .... а..... ......,. .>.... ..... '...4-,....:'!o. ,
_.. -:;. "\ ::.y.... .,.. "'d-.I>: I' ,. -:!- '"':;..... . ""#,..... '
.........'..... ..... {- .. _ ..... ...... f . ... .. -.. ":to
. 7 '-";
..... - """'-" '\
g.: . , '1;0
... ,k, l' .. '\
. . .. . · '" 't . '" :
........ '" '" . ... .. ."'.".,. .......
.о;!' ........ j['"' 1 .... ..-<:.:..
"' .;;" ' . "I ' . ...
...""\7 -,, .. ""'(.... ., ..
-=- :- ..... JI. I .... .
..""-€".. ... --:'f" ,
r"
. -
.....
....
, ..:t...'::c-.
. .. .-,....
."' "I.,.
.:.
-,
....
,
.. ..
;.' ;.. '" .
'" . ....:;.... :.::......
-"" :.;.:
: ......- ..:........
....... ..,........:
.....
,
....
""";"":'1
.;:. .,
.. .. '......,
.......
,
.
.....
'......
..'f.
.....
:-# ....
,/
<..
"",.
.J'
...
...... .. . ....
.
. .. ...,
-.:.. .
:> -
.
...
....
.. :: i
X " ....,4..
'. <:;<
... 'r.
...... ."",,
........... ",,'1.--
, .. ......
',,' of:. ..
"':'.j"-.,r--'
.
,.;.
....
...
....-
....
.,
,
"- .
' .
.c.. , ...
.......
........
"
..---
... <
,
....
"::
.
::-.!..
. ,
.;- .. ..
. .
"("
,
....; .
....... ..
i.
........
...
.;,
'-
k:."
...... .\.
-.,.;. ,,&
...
-::..
';)
"
,
::
.
....
'.
::;1..
..;:
...
';'\ s
'".-. т'- :
.....4....!..
"" . .... r'"
....:...........
.:..!"t ."'. ?o,, а."!-
. , .. :. ...
.:.... ..' .
.. 't.';'-..... :..::. . . ..
: .. :;.,....... . ?I"" _ :-'L:.
.,.....,. ... . .. -.....
.. . 1 = ;.: .
. . 't" 1.. "f. "а-
. - _.: ...... (,. ...
.j.o . ( 1...
.: ;:- ...:' : 7
:. ""..... .. . '......:..
. ... ..
!.
."
t.... .
..r" _",
.,: .
....:. ,.-- р. .
.... ..
i:> . ; .".. . ':>-.."'::: ,
. Ц; t r : ?
10. :- .......... " '-с-
,,' ..; ...; .
:." .. j. ''' . .,. ".
... ..",
""'-....... ,.... :j...II
:,-;:' ....::-- ...:.... '..
......... .; "'......1. .J. : ... '\ ."-. ..,.......
..... .,'. ::;-"' ","r:.'1 .{ r
:-; ;to.'a ,._: '.. .4.." ...... . ,... ..!
_-:.... . rf' .... . '. ....., ...
У.!, ........ :;...J" ..
, .... 4 :r , r
........ ... __..=.1 .<... . ..- 1J
::i '- .. .. ..,..oo.;f ';
. ,\ ..... ..... It .. /"'''1....... :-- . .
.. . . ; .'7 r =- .; . ...; . = ... ... .. .. '1,' ..
it ... . .' .;.;- .'.'
.;... ... ... J l' .... .1 .
t::,,' t ' .. ..1........,...4!.. .... .А..
?>. '...... ...... "'\ ' """ 1 ..
...... ...7.... .:.....".: ....... .... .... " .. ":1. . . '1 ;:I
;.... .. ' :' :"" ..t..... '.T. ;... ";-..; .
.... .:, "'-..,. .. .. : .....I... . ':.}...... .. ";'- ,.,. :..
'": ::;;...... ..."'"--' . :... -;;" ' . -.. . . ... :'::r
""':' ... :.... .... 1..... f ...1:- ...-..:- r
. .. ..../.01 "':t "'. .. ...
:;..... . .. :,$-,.1...-... .:.....,.... l' . . ' '*:'
""". ,.... .,.,........ :.. :.... -:r .... . ' . .(:1:' , :: -:"' "":;..;., .. ..... ;...;r........1
....." ....... ........ -t ....} jI ... .. .1.... ........
: . :: 1. _ f --r:"' ..., -.,,
-:.. . "-- .... ..;....."'I ,. -.... :...I . .... . .... ...:;-' """".....
,,'O.... ... . ,.. . .Il'. :",,;. .,... . "'T ""
v.,.. . ...... . .: ...... ...: &.: .', ,' ..1"-.., ,....'!, '"
L "" , "... ...,.. -r
:\. _ L.............I .......... -...... ............4..... " ..: .,....... =:.
.;........,....5.,: . . ... . ............... I.;", '... ... ......... . ' -
. ,,--.. ; '>..""",' ?' '(- ...
, ..:.....';t:...... ..... ....... ......, ,..:::..... ... ." i";"" , ::-.-
.............. .. ......::_.. . ..... ...,. ... .. ...... .-"" ..1-' ....
.. "1. ч""'" :--...."r. ............ ",'" .. '" . ... ,..
.... . ...:-: .. 1.i .... ......'"';t, " "!\' ":....:...... .,L.... .. ..: -:. '. ., ...::
."'J,'--''''''''''''"c., .., .............. ...............,..... .о; ..;.. ]: ""-......,.... # ... '.1.- ..'..;;
' ............+.....)i ...,:..... ... i": 4 ' :!..... ?......... ....... ......
-. VI 1 "'а.. ......" ....... , . ..'" ... ..... Т
. ""'..I. """? ;_. ....+"'.. .1. ..,...,. ....1. '.....: .......... :
. <-7"' "\с 7=.-:- : ..: .,, 1o:J.. .... 4 .. ....
:.._ ::,"'":...... 1-.:' ...,- . = . . . ':":->--- 'c_.1!.. ;"-). ; .
. ...s 'li -........ .... :' ..i,:"' ; :
. \i .... ' , -h.........':: , .
..... ..... .,-... g ..., .... "'"w......... ...... .._
.;' r......,..,. ...,..... ..,.. ..;:.... .. . --'..
... ,..,.. .:;: ../. ...-..,:; ;....... .. .
::-.--' . , , .... .,, .'... . '\. н"
.... ... ,..\. ... .""'.;........ .. . .--- .....,.
.... ... .... ... -:;- : ....... ; ."'!w r
....... I i:- ... {.. ,.'- .1.....,1.. ... Io
;ау.., ...\. .... .., .. t""
'" ...;: .. -;;; . :1- . , ,_.',!-..
. -;:,. "...... . ..:: 1ft .
: 'i-.. . IL I "' ........ .
.,.:!' ... . ""' 7.t______$ . -;..... I\.....
,... ;.. -.....:"'.!.. (..,... . .. ....... ,
;;r: ............ .....
-----=.:; ..... .."1... . .. .l .
.--i- ....:... ... ."' .)t:... 't
-:--f'- . :t!
'", .... ..:
'" ....... ;::"":--
,,, )
......
r-
.;,.
.....
:"':..
Aj
....;....... :- L. .. ... :
...r , .......=....:..
.....
...
1. . '
.. ....:.
. .... :. -
.
;'.: 4;"
1;. " . .-
-
. ,-
::z ;.!
".*"
......
...
.
. .
....
.
,
:
&"
...
С'"
....
',- ..
-.:::
...... .., .:0-..
...'...,
..
.>
.:
.
.....
,
.
- 'О:;х'"
.::.--
o.j,
, ...
....
. .......
i. : .' . .
-<-':
... .
'i!'
:-:,..;;:
..." .
.....'1.
'-, !.:-
.. ....
.'.
........, .,.
'::.
.
..
=.-----'" "
."..
.
, .
.:...
.
....
....
..::
............ ...
., ::-.
;
. .
;':'
'.
'-;\..
...;.
...
':'
......
..:: .... ..&).
:t... , ... ..
, ;:::: ., . . .
..
:....
.
:::::---
:
.....
...,
"'Y.""'''''
.
. .'
..,r' ... ........7:;:
...... ... .A..:
4._'
. .
.
."'Y. j
=:' '-
..... .
. :;"oI
.......1..........':"0-
..::.:
. .
....
.....
.......
"'-
... ,
. '.
, ..
.>
....'
...
- ..
;; Jo-
. ...
-.. '. .
а_
....
..
'.
:,,'
..
-:;
...
r
...."1...,
.
:-l j:
....1
"':::.;.. .
..;'
i il;..
. :'JJ
." .
.'
.:..: !.
,:,\1" ..
'J .
. j
. ........,.,
.-
.j
; '
JI
'!<
'.
r
..."
. .-
....... ....... .
...
'fI. ...... r-т
....... ....
,. . ";
'...
, .......
1.........,.... f
........I J.-::
.. .".
:1 :.;
..... "" - 4.'
I
'.
.;or! '
.. ..
....
( -:....
...:;.
,:,.....
.:1'1
.
:;:.
...J,.
... "':.'"':";
.;..
...
"'t
::=
,
......
i1
"- ...
;l;'
...
'.
...:
-..
..:::"
- ...
.
.
.
" ""'#o
.
.....
-::>
....,., .
,;1.-
.
;;..
. ...
, 'у .....
...--. .. """"'\.......
-«- : i
7",""::' "
.. ..
" .
...," i;
.' , ,
...... ci
"',,;: .'
....
.".. .
....."'. -:' , ..w .
.... .
,.
....
.
... .:. ;.....
,L .
":1::"" .. ;.. ..
'"'1..........""...;--
,
..
...
.
... . ,
" "'> .1
". i . "......:!,
.
-,
"
- .."
..........
.. ..'
....."1..........
. . ""
... .....1....., .....
,.. "",""".irL...
. , . ....
. :;:...
"t ..... - .. J-:- .... ...
.. ............ -:;"""' , ...
-";).--'. '''I''''''''''
.,... ' '"
. ".";
'..
..... ....
. '.
:-=1
.'
.
, ..."
1;:;-. . ....
..", .
... . ...
1
... ....
.
.
'о.:'
"
..
..
.
...
',
: ,'" I :- t
... : -:,: .
. -:; .t "
..... '- : -
.,' ' L
"""..........
'1......
'.
.. .'
, t. ..
.:'!..:(.
::
-
.;-..
.........
..:
..;
. ...
.......
""<k
..........
3 or: ,,-
'
. :-r
.., -\..
-r"o..:.....: '. -
...&
.
"'h
..
'"
" :4,
'''.
..
..,'
:,1
.....
....
.... .х
.
. ".
у=-.
..., \
':l
': .....Jo,
. .. . l. t.
....-
"':
=A-..
.(:. ..
(-
-1.(
...-..
.. I
',
. .
--.;
,(
.
..
'&..-,:;
. -')
;-
. \....
- ..-
:-r:,....,
.У- .......
." :.....
.....
..
. ... :
.- ....
!.. .
. .....
.;..
...:...:'"1.... .
-"'''.l,.",.;'",,":.:t
...
..,r.. .....
...
,,\
"
;i..
........
.......,
.......
':- .
. ......,..,
-::
::"'1
...
.....
'...
. .....
...::.::
.;.
:
"::--.
--'."
, ..
.
t '
I",
....
1.
. ,
..
....
.....
..."
'"
"\
'3
.....
, ...
<
"'::
; -.;
;-"--;
'
...
).':
....
:)..:
.
.L '-::-\.....
. .........."'<"'" .
.... '.;o-" ...... ...
- -....
'..:..
......
::;;
.
.
....
.....
" ""::...
... .
........1
. :
. .
....
, .
...
....
"
r:'
:,.. :-
А
' r:
.; ..
,"
...
,"
.....
,,,
..':.:1
,"
""
...........
1
.1
....
r
.
t
'7 2.,f> Ъ \
fo
I fJ (I 1".\ ;LO.JIifiI-IА БЫТЬ
возвр \ItfEH \ ]IE ПОЗЖЕ
TRA3AHHOrO ЗДЕСЬ СРОКА "
Количество предыдущих выдач
»
(6Jj f!gv Ь
r I!r J'5 Jf' / t/
i9 fifCjtytUlt'b(L.---
/ .ljf1 !
'J,J /'.. I
./'" {J! \
ДРукf 3 :' ;:C} /ze /.::d
Н. В. ЧЕРНОБРОВОВ'
РЕЛЕЙНАЯ
ЗАШИТА
J1здание четверто nереработанное и дополненное
Допущено Министерством энерzеlики
и электрификации СССР
в качестве учебноzо пособия
для учащихся энерzетических
и энерZОСlроитеЛЬНblХ техникумов
«ЭНЕРrия»
МОСКВА 1971
6 П2.11
Ч 49
удк 621.316.925 (075)
Чернобровов Н. В.
Ч 49 Релейная защита. Учебное пособие для техни.
КУМО6. Изд. 4 e, перераб. и доп. М., «3нерrия», 1971.
624 с. с ИЛЛ.
в книrе рассмотрена релейная защита электрических сетей, обо
рудования электростанцнй и сборных шин распределительных устройсrв.
Книrа предназначеиа в качестве учебноrо пособия для учащихся
энерrетич ских техннкумов и может быть использована студентами
Э.1ектротехнических и энерrетических вузов, а также ииженерами и
техниками, занимающнмнся эксплуатацией, монтажом и проектирова
ннем релейной защнты электростанций и сетей.
З-З 9
72-71
6П2.11
ПРЕДИСЛОВИЕ
Четвертое издание настоящеЙ книrи, как и предыдущее, яв
ляется учеБНЫl\-! пособием по курсу релейной защиты для энерrети-
ческих техникумов. Книrа в значительной степени учитывает
также запросы студентов высших учебных заведений, особенно
заочных и специалистов, занимающихся релейной защитой в энер
rосистемах. Релейная защита является Важнейшей и наиболее от-
ветственной частью автоматики, применяемой в современных энер-
rетических системах. oi!
Курс релейной защиты, изучаеrvrый в высших и средних техни-
ческих учебных заведениях, охватывает обширный комплекс вопро-
сов по автоматической ликвидации повреждений и ненормальных
реЖИl\ЮВ J возникаюш,ИХ в электрической части энерrосистем. Задачи
релейной защиты, ее роль и значение в обеспечении надежной ра-
боты энерrосистем и бесперебойноrо энерrоснабжения потребителей
непрерывно растут. Это обусловлено усложнением схем и ростом
электрических сетей и систем, объединением энерrосистем в еди-
ные электрически связанные системы в пределах НЕСКОЛЬКИХ об-
ластей всей страны или даже нескольки rосударств; сооруже-
нием дальних и сильно заrруженных электропередач яысокоrо
и cBepxBbIcoKoro напряжения; строительством мощных электро-
станций; ростом единичной мощности reHepaTopoB и трансфор-
маторов. В связи с этим требования к быстроте действия чув-
ствительности и. надежности релейной защиты повышаЮТСЯ J а
сама техника релейной защиты быстро развивается и совершен-
ствуется Разрабатываются и внедряются новые виды защит для
дальних электропередач для крупных reHepaTopoB, трансформато-
ров и автотрансформаторов.
Уrлубляются и разрабатываются теоретические вопросы релей-
ной техники. Большое внимание уделяется исследованию и изуче-
нию электромаrнитных процессов в первичных и вторичных цепях
заЩИТЫ и ее поведению под влиянием этих процессов. В связи с
ростом токов KopoTKoro замыкания, вызванноrо увеличением reHepa-
,торной мощности энерrосистем, актуальное значение приобретает
проблема точности трансформации первичных TOKOB питающих
1*
3
измерительные opraHbI устройств релейной защиты. Для решения
этой проблемы ведутся дальнейшие исследования поведения TpaHC
форматоров тока, разрабатываются меры по повышению точности
их работы, определяются более совершенные способы расчетов BTO
ричных токов И токов намаrничивания.
Все ольшее распространение получают релеЙные защиты с
ИСПОЛЬ$ованием полупроводниковых приборов (диодов, триодов И
отчасти тиристоров). Применение полупроводниковых элементоВ
открывает большие возможности по улучшению параметров YCT
ройств релеЙной защиты, а также созданию новых видов защит, в
)частности быстродействующих и высокочувствительных.
При подrотовке HOBoro издания книrи автор старался отразить
основные достижения и новые разработки в технике релейно за
щиты, нашедшие за последние rоды применение в эксплуатаuии
или имеющие достаточное теоретическое и экспериментальное обос
нование для их применения в ближайшем будущем. В соответствии
с этим разделы книrи, посвященные рассмотрению измерительных
opraHoB и лоrических схем, расширены и дополнены материалом о
новых принuипах выполнения реле и схем с использованием полу.
проводниковых приборов.
С учетом Toro, что отечественная промышленность перешла на
изrотовление дистанuионных реле на выпрямлеННQМ токе, соответ-
ственно переработана одиннадuатая rлава. Внесены дополнения и
изменения, связанные с усовершенствованием защит мощных reHe-
раторов, трансформаторов и блоков. Более подробно рассмотрены
принципы устройства резервирования отказа выключателей.
Отдельные разделы и rлавы книrи подверrлись переработке
с uелью улучшения изложения., Для лучшеrо пояснения принu ипов
выполнения схем защит на полупроводниковых приборах в прило-
жении рассмотрена максимальная -защита, полностью' выполненная
на типовых лоrических и функциональных элементах ВНИИЭлект-
ропривода.
Несмотря на постепенное вытеснение защит с электромехани
'ческими реле защитами на полупроводниковых приборах автор не
Mor существенно сократить изложение теории и принципов выпол
нения релейной защиты, построенной на электромеханических реле,
так как основная часть защитных устрой тв, находящихся в экспJ.lУ
атаuии, выполнена на электромеханических констру uиях.
Для удобства учащихся большая часть материала, выходящеrо
за пределы проrраммы учебноrо курса, выделена петитом.
Автор приносит rлубокую' блаrодарность' доктору техн. наук,
проф. А. д. ДРОЗДQВУ, инженерам М. А. Берковичу, Н. Ф. Шибенко,
М. М. Филиппову за полезные замечания и помощь при переработке
книrи. Все пожелания и замечания автор просит направлять I по
адресу: Москва, j\\ 114, Шлюзовая набережная, 10, издательство
«Энерrи я».
Автор
r ЛQiJа первая
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О, РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
1 1. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТbI
в энерrетических системах на электрооборудовании электро
станций, в электрических сетях и на электроустановках потреби-
телей электроэнерrии MorYT возникать повреждения и ненормальные
режимы.
П о в р е ж Д е н и я в большинстве случаев сопровождаются
значительным увеличением тока и r лубоким понижением напряже-
- ния в элементах энерrосистемы.
П о в bl Ш е н н ы й т о к выделяет большое количество тепла,
вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный HarpeB
неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток про-
ходит.
П о н и ж е н и е н а п р я ж е н и я нарушает нормальную
работу потребителей электроэнерrии и устойчивость параллельной
работы reHepaTopoB и энерrосистемы в целом.
Н е н о р м а л ь н ы е р е ж и м bl обычно приводят к о.ткло
нению величин наПРЯ}l{ения, тока и частоты от допустимых значе
НИЙ. При понижении частоты и напряжения создается опасность
нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энер
rосистемы, а повышение наПРЯ}l{енияи тока уrрожает поврежде-
нием оборудования и линий электропередачи. .
Таким образом, повреждения нарушают работу энерrосистемы
и потребителей электроэнерrии, а ненормальные режимы создают
возможность возникновения повреждений или расстройства работы
энерrосистемы.
Для'. обеспечения нормальной работы энерrетической систеМbI
и потребителей электроэнерrии необходимо возможно быстрее BЫ
являть и отделять место повреждения от неповрежденной сети,
восстанавливая таким путем нормальные условия работы энерrо-
системы и потребителей.
ОпаСНЫе последствия ненормальных режимов также можно
предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от. HOp
5
мальноrо режима и принять меры к ero устранению (например:
снизить ток при ero возрастании, повысить напряжение при ero
снижении и т. д.).
В связи с этим и возникает необходимость в создании и приме-
нении автоматических устройств, выполняющих указанные опе-
рации и з а Щ и Щ а ю Щ и х систему и ее элементы от опасных
последствий повреждений и ненормальных режимов.
Первоначально в качестве защитных устройств применялись
плавкие предохранители. Однако по мере роста мощности и напря-
жения электрических установок и усложнения их схем коммутации
такой способ защиты стал недостаточным, в силу чеrо были созданы
защитные устройства, выполняемые при помощи специальных авто-
матов р е л е, получившие название р е л е й н о й з а Щ и т ы.
Релейная, защита является основным видом электрической авто-
матики, без которой невозможна нормальная и надежная работа'
современных энеР2етических систем. Она осуществляет непрерыв.
ный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энер-
rосистемы и реаrирует на возникновение повреждений и ненормаль-
яых режимов.
При возникновении повреждений защита выявляет и отключает
от сис.темы nов реждеННblй участок, воздействуя на специальные
силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов по-
вреждения. '
При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их
и в зависимости от характера нарушения nроuзводит операции,
необходимые для восстановлеяия нормаЛЬНО20 режима, или подает
СИ2нал дежурному nерсоналу.
В современных электриче.ских системах релейная защита тесно
связана с электрической автоматикой, предназначенной для быс
poro автоматическоrо восстановления нормальноrо режима и пита-
ния потребителей. . \
К основным устройствам такой автоматики относятся; а в т о -
м -а т ы п 9 в т о р н о r о в к л ю ч е н и я (А П В), а в т о м а т ы
включения резервных источников питания
и о б о р у д о в а н и я (А В Р) и а в т о м а т ы ч а с т о т н о й
раз r р у з к и (А Ч Р).
Рассмотрим более подробно основные виды повреждений и He
нормальных режимов, возникающих в электрических установках,
и их' последствия.
1-2. ПОВРЕЖДЕНИЯ В Эu1]ЕКТРОУСТАНОВКАХ
Большинство повреждений в электрических системах приводит
к коротким замыканиям фаз между собой или на землю (рис. 1 1).
В обмотках электрических машин и трансформаторов, кроме Toro,
бывают замыкания между витками одной фазы.
Основными причинами повреждений являются; н а р у ш е н и я
и з о л я Ц и и, вызванные старением ее, неудовлетворительным со-
6
стоянием, перенапряжениями и механическими повреждениями
(обрыв ПрОБОДОВ, наброс на провода и др.), и о ш и б к и пер с о ..
н а л а при операциях (отключение разъединителей под наrрузкой,
включение под' напряжение на оставленную закоротку и т. п.).
Все повреждения являются следствием конструктивных недо..
статков или несовершенства оборудования, некачественноrо ero
изrотовления, дефектов монтажа, ошибок при проектировании,
неудовлетворительноrо или неправильноrо ухода за оборудованием,
Е А f/(A [А
..........
А А
Ев 1/(8 Е4
lJ 8
'/(с Ес 'с
с с
а) е)
Е А Е А
.............. .......,..
А А
Ев 'К8
lJ /J
Ес I/(с
с с
6) о)
f4 Е А
............
А А
11(8
О 8
.(! С
е)
(J) .
Рис. 1-1. Виды повреждений в электрических уста..
новках.
а, б, в и д трехфазное, двухфазное, однофазное и двух-
фазное на землю к. з.; е и е замыкания одной фазы и двуXi
фаз на зем.тuo в сети с изолированной нейтралью.
ненормадьных режимов работы оборудования. Поэтому поврежде.
ния нельзя считать неизбежными, но в то же время нельзя и не
учитывать возможность их возникновения.
Короткие замыкания (к. з.) являются наиболее опасным и тяже.
лым видом повреждения. При к. з. э. д. с. Е источника питания
(reHepaTopa) замыкается «накоротко» через относительно малое
сопротивление reHepaTopoB, трансформаторов и линий (см., напри.
мер, рис. '}.1, a в).
Поэтому в контуре замкнутой накоротко э. д. с. возникает
большой ток 1 К.з, называемый т о к о м к о р о т к о r о за-
м ы к а н и я.
Короткие замыкания подразделяЮтся на трехфазные, двухфаз-
ные и однофазные в зависимости от числа замкнувшихся фаз; замы-
1
кания с землей и без земли; замыкания в одной и двух точках сети
(р ис. 1-1).
При к. з. вследствие увеличения тока возрастает падение Ha
пряжения в элементах системы что приводит к понижению напря. '
жения во всех. точка сети так как l!апряжение в любой точке JVf
(рис. }-2, а) и м == Е / К.ЗZ1И' rде Е э. д. с. источника пита-
пия, а ZM сопротивление от источника питания до точки М.
Наибольшее снижение напряжения происходит в месте к. 3. И
в непосредственной БЛИЗ0СТИ от Hero. В точках сети, удаленных от
места повреждения, напряжение снижается в меньшей степени.
Происходящие В результате. к. 3. увеличение тока и снижение
напряжения приводят к ряду опасных последствий:
а) То.к к. з. / К.З соrласно закону Джоуля Ленца выделяет
в активном сопротивлении r цепи, по которой ОН проходит в течение
времени t, тепло Q == k/ 2 rt,
А
'.
б
Е
м
На Р!/Зlfа
а)
6)
Рис. 1.2. Влияние понижения напряжения при К. 3.
а на работу потре6ИТ,елей; б иа энерrосистему.
в месте повреждения это тепло и пламя электрической дуrи
производят большие разрушения, размеры KOToporo тем больше,
чем больше ток 1 К.З И время t.
ПРОХОДЯ по неповрежденному оборудованию и линиям электро
передачи, ток к. з. / к.з HarpeBaeT их выше допустимоrо предела,
что :может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей.
б) Понижение напряжения при к. з. нарушает работу потреби-
телей.
Основным потребителем электроэнерrии являются асинхронные
электродвиrатели. Момент вращения двиrателей пропорционален
квадрату напряжения на их зажимах: М д == k и 2 .
Поэтому при r лубоком снижении напряжения момент вращения
электродвиrателей может оказаться меньше момента сопротивления
механизмов что приводит к их остановке.
Нормальная работа осветительных установок, составляющих
вторую значительную часть потребителеЙ электроэнерrии, при
снижении напряжения также нарушается.
Особенно чувствительны к понижениям напряжения ВЫЧИСЛИ-
тельные и управляющие электронные машины широко внедряемые
в последнее время.
в) Вторым, наиболее тяжелым последствием снижения напря-
жения. является нарушение устойчивости параллельной работы
8
rеиераторов. Это может привести к распаду системы и прекраще w
нию питания всех ее потребителей. Причины TaKoro распада можно
пояснить нз Ilримере системы, приведенной на рис. 1 2, б. В HOpw
мальном режиме механический iloMeHT вращения турбин ypaBHO
вешивается противодействующим моментом, создаваемым электри
ческой наrрузкой [енераторов, в результате чеrо скорость враще
ния всех турбоrенераторов постоянна и равна синхронной. При
возникновении K. 3. В точке К у шин электростанции А напряжение
на них станет равным нулю, в результате этоrо электрическая на:-
rрузка, а следовательно, и противодействующий момент [eHepaTO
ров также станут равными нулю.. В то' же время в турбину посту
пает прежнее количество пара (или воды) и ее момент остается неиз
менным. Вследствие этоrо скорость вращения турбоrенератора
начнет быстро увеличиваться, так как реrулятор скорости турБиныI
действует медленно и не сможет предотвратить ускорения вращения
турбоrенераторов станции А.
В иных условиях находятся [енераторы станции Б. Они yдa
лены от точки К, поэтому нзпряжение на их шинах может быть близ.
ким к нормальному. Вследствие Toro что [енераторы электростан
ции А разrрузились, вся наrрузка системы ляжет на [енераторы
станции В, которые при этом MorYT переrрузиться и уменьшить
скорость вращения. Таким образом, в результате к. з. скорость вра. .
щения reHepaTopoB электростанций А и Б становится различной,
что приводит к нарушению их синхронной работы.
При длительном к. з. может также произойти нарушение устой.
чивости работы асинхронных электродвиrателей. При понижении
напряжения скорость вращения асинхронных электродвиrателей
уменьшается. Если скольжение превзойдет критическое, двиrатель
перейдет в область неустойчивой работы и произойдет ero опрокиды.
вание и полное торможение.
С увеличением скольжения реактивная мощность, потребляемая
асинхронными. двиrателями, растет, что может привести после от.
ключения к. з. К дефициту реактивной мощности и как следствие
этоrо к лавинообразному снижению напряжени я во всей системе
и прекращению ее работы.
Аварии с нарушением устойчивости системы по величине
ущерба, наносимоrо _ электроснабжению, являются самыми ТЯЖе
л ыми.
Рассмотренные последствия к. 3. подтверждают сделанный выше
вывод, что ОНИ являются тяжелым и опасным видом повреждения,
требующим быстроrо отключения (см. Э 1 4).
Замыкание на землю одной фазы. в сети с изолированной нейт-
рал.ью. На рис. - 1 1, с видно, что замыкание на землю не вызывает
KopoTKoro замыкания, так как э. д. с. Е с поврежденной фазы С не
шунтируется появившимся в точке К соединением с землей. ВОЗНИ w
кающий при этом ток в месте повреждения замыкается через емкость.
проводав относительно земли и имеет поэтому, как правило, He
большую величину, например несколько десятков ампер. Линейные
9
напряжения при этом виде повреждения остаются неизменными
(см. rл. 9).
Блаrодаря этому по своим последствиям однофазное замыкание
на землю в сетях с изолированной нейтралью существенно отли
чается от к. з. Оно не отражается на работе потребителей и не нару.
шает синхронной работы reHepaTopoB. Однако этот вид поврежде.
ния создает ненормальный режим, вызывая перенапряжения, что
представляет опасность с точки зрения возможности нарушения
ИЗОJlЯЦИИ относительно земли двух неповрежденных фаз и перехода
однофазноrо замыкания на землю в междуфазное к. з.
1-3. НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ
Рис. 1 3. Зависимость
стимой длительности
.rрузки от величины
t === f (1).
к ненормальным относятся режимы, связанные с отклонениями
от допустимых значенИй величин тока, напряжения и частоты, опас
ные для обор удования или устойчивой работы энерrосистемы.
Рассмотрим наиболее характерные ненормальные режимы.
а) Переrрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх
номинальноrо значения. Н о м и н а л ь н ы м называется макси-
мальный ток, допускаемый для данноrо
оборудования в течение неоrраничен-
Horo времени.
Если ток, проходящий по оборудо-
ванию, превышает номинальное значе-
ние, то за счет выделяемоrо им допол-
нительноrо тепла температура токове-
дущих частей и изоляции через неко-
торое время превосходит допустимую
величину, что приводит К ускоренному.
- износу изоляции и ее повреждению.
Время, допустимое для прохождени'я
1 н номинальный тоК обору повышенных токов, зависит от их ве.
дования. личины. . Характер этой зависимости
показан на рис. 1-3 и определяется кон-
струкцией оборудования и типом изоляционных материалов. Для
предупреждения повреждения оборудования при ero переrрузке
необходимо принять меры к разrРУЗКЕ или отключению обору-
дования. .
б) Снижение частоты, вызываемое недостатком rенераторной
мощности, обычно возникает при внезапном отключении части ра.
ботающих reHepaTopoB. При снижении частоты понижается произ-
водительность механизмов и нарушае-тся технолоrический процесс
тех arperaToB, для которых имеет значение постоянство скорости
вращения электродвиrателей.
rлубок..ое снижение частоты (ниже 47 45 сц) ведет к тяжелым
авариям с прекращением работы всей энерrетической системы. Для
предотвращения такой аварии необходимо восстановить баланс
rенерируемой и потребляемой мощностей путем быстроrо (авто-
сек t
Iн
I
а
допу
пере
тока
10
матическоrо) включения резервных reHepaTopOB, или путем автома-
тическоrо отключения части потребителей.
в) Повышение напряжения сверх допустимоrо значения возни-
кает обычно на rидроrенераторах при внезапном отключении их
наrрузки. Разrрузившийся rидроrенератор увеличивает' скорость
вращения, что вызывает возрастание э. д. с. статора до опасных для
ero изоляции значений. Защита в таких слvчаях должна снизить ток
'"
возбуждения reHepaTopa или отключить ero.
Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения
может возникнуть также при одностороннем отключении или вклю-
чении длинных линий электропередачи с большой емкостной про-
водимостью.
Кроме отмеченных ненормальных режимов, имеются и друrие,
ликвидация которых возможна при помощи релейной защиты.
1-4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ .
а) Селективность
Селективностью, или избирательностью, защиты называется спо-
собность защиты отключать при к. з. только поврежденный участок
сети.
На рис. 1 4 пок:азаны примеры селек!ивноrо отключения повре-
ждений. Так, при к. з. В точке Kl защита должна отключить по-
А
Б
D
"
л
1(з
Рис. 1-4. Селективное отключение поврежденноrо уча-
стка при к. З. В сети.
"
врежденную линию выключателем В в, т. е. выключателем, ближай-
шим к месту повреждения. При этом все потребители, кроме питав-
шихся от поврежденной линии, остаются в работе.
В случае . 3. В точке К 2 при селективном действии защиты
должна отключаться поврежденная линия /, линия // остается
в работе. При таком отключе ии все потребители сети сохраняют
питание. Этот пример показывает, что если подстанция связана
с сетью несколькими линиями, то селективное отключение к. з.
на . одной из линий позволяет сохранить связь этой подстанции
с сетью, обеспечив тем самым бесперебойное питание потребителей.
Таким образом, требование селективности является основны.М
условием для обеспечения надеЖНОi!О питания попzребителей. Несе-
11
u
.тlективное деиствие защиты приводит к развитию аварии и поэтому
является ее существенным недостатком. Как будет показано ниже,
неселективные отключения MorYT допускаться, но только в тех слу
чаях/коrда это диктуется необходимостью и не отражается на пита-
нии потребителей.
б) Быстрота действия
Отключение к. 3. должно производиться С возможно большей
быстротой для оrраничения размеров разрушения оборудования,
повышения эффективности автоматическоrо' повторноrо включения
линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения
напряжения у потребителей и сохранения устойчивости парал-
лельной работы reHepaTopoB, электростанций и энерrосистемы в це-
лом. Последнее И3 перечисленных условий является rлавным.
Допустимое время отключения к. 3. по условию. сохранения
устойчивости зависит от ряда факторов. Важнейшим И3 них является
величина остаточноrо напряжения на шинах электростанций и узло-
вых подстанций энерrосистемы. Чем меньше остаточное напряже-
ние, тем хуже условия устойчивости и, следоватеЛЬНО J тем быстрее
нужно отключать к. 3. Наиболее тяжелыми по условиям устойчи-
вости являются трехфазные к. з. и двухфазные к. З. на землю
. u u
В сети с rлухозаземленнои неитралью, так как при этих повре..
жденИях происходят наибольшие снижения всех междуфазных на..
пряжеций. .
В современных энерrосистемах для сохранения устойчивости
требуется' весьма малое время отключения к. 3. Так, например, на
электропередачах 300 500 к8 необходимо отключать повреждение
за О, 1 o, 12 сек после ero возникновения, а в сетях 11 0 220 кв за
0,15......:...0,3 сек. В распределительных сетях 6 и 10 кв К. 3., отделенных
от источников питания большим сопротивлениеМ J можно отключать
со временем примерно 1 ,5 3 сек, так как они не влияют. на устой-
чивость системы.
Точная оценка допустимоrо времени отключения производится
u
С помощью специальных расчетов устоичивости, проводимых для
этой цел и.
В качестве приближенноrо критерия (меры) необход мости при-
менения быстродействующих защит Правила устройства электро
установок (ПУЭ) [Л. 1] рекомендуют определять остаточное напря-
u u
:жение на шинах электростанции и узловых подстанции, при трех-
фазных к. 3. В интересующей нас точке сети. Если остаточное Ha
пря:нсение получается меньше 60% номинальноzо, mo для сохранения
устойчивости следует применять БЫСПlрое отключение повреждений,
т. е. применять быстродействующую защиту. .
Полное время отключения повреждения t откл складывается И3
времени работы защиты t з и времени действия выключателя t B ,
ра рывающеrо ток к. 3., т. е.. t откл == t з + t B . Таким обраЗ0М, для
ускорения отключениЯ нужно ускорять действие как защиты, так
12
и выключателей. Наиболее распространенные выключатели дейст
вуют со временем О, 15 0,06 сек.
Чтобы обеспечить при таких выключателях указанное выше
требование об отключении к. з., например, с t == 0,2 сек, защита
должна действовать с временем 0,05 0, 12 сек, а при необходимости
отключения с t == 0,12 сек и действии ВЫj\JIючателя с 0,08 сек время
работы защиты не должно превышать 0,04 сек. .
Защиты, действующие с временем до 0,1.....,.....-0,2 сек, считаются
быстродействующими. Современные быстродействующие защиты
MorYT работать с временем 0,02 0,04" сек. ",
Требование быстродействия является в ряде случаев определяю
щим условием обеспечивающим устойчивость параллелыий работы
. электростанций и энерzосuстем.
Создание селективных" быстродействующих защит ЯВJlяется
важной и трудной задачей техники р'елейной защиты. Эти защиты
получаются достаточно сложными и дороrИМИ, поэтому они должны
применяться только в тех случаях, коrда более простые защиты,
р аботаlOщие с выдержкой времени, не обеспечивают требуемой быст-
роты действия.
В целях упрощения допускается применение простых быстро-
действующих защит, не обеспечивающих необходимой селективно
сти. При этом для исправления неселективности используется
АПВ, быстро включающее обратно неселективно отключившийся
элемент.
Требование к времени действия защиты от
н е н о р м а л ь н ы х р е ж и м о в зависит от их последствий.
Часто ненормальные режимы носят кратковременный ха ра.ктер и
ликвидируются саr..IИ, например кратковременная переrрузка при
пуске асинхронноrо электродвиrателя. В таких" случаях быстрое
отключение не только не является необходимым, но может причинить
ущерб потребителям. Поэтому отключение оборудования при ненор-
мальном режиме должно производиться только Тоrда, коrда насту-
пает действительная опасность 'для защищаемоrо оборудования,
т. е. в большинстве случаев с выдержкой времени.
,
в) Чувствительность
Для Toro чтобы защита реаrировала на ОТI{лонения от нормаль
Horo режима" которые возникают при к. з. (увеличение тока, сни
жение напряжения и т. п.), она должна обладать определенноЙ
чувствительностью в пределах установленной зоны ее действия.
Каждая защита (например, / на рис. 1-5) должна отключать повре .
ждения на том участке АЕ, 'для защиты KOToporo она установлена
(первый участок защиты 1), и, кроме Toro, должна действовать при
к. з. на следующем, втором участке ЕВ, защищаемом зашитой //.
Действие защиты на втором участке называется Д а л ь н и м р е -
з е р в и р о в а н ие м. Оно необходимо для отключения к. з.
в том случае, если защита /1 или выключатель участка ЕВ не сра-
13
ботает из зэ неисправности. Резервирование следующеео участ'ка
является важным требованием. Если оно не будет выполняться, то
при к. 3. на участке ЕВ и отказе ero защиты или выключателя по
вреждение останется неотключенным, что приведет к нарушению
работы потребителей всей сети.
Действие защиты 1 при к. з. на третьем участке не требуется,
так как при отказе защиты TpeTbero участка или ero выключателя
должна подействовать защита 11. Одновременный отказ защиты на
двух участках (третьем и втором) маловероятен, и поэтому с таким
сл учаем не счит аются.
Некоторые типы защит по принципу CBoero действия не рабо
тают за пределами первоrо участка. Чувствительность таких защит
должна обеспечить их надежную работу в пределах первоrо участка.
Для обеспечения. резервирования BToporo. участка в этом случае
устанавливается дополнительная защита, называемая резервной.
I
I I I
: Лер8Ь1(j !/lftzCтoн : 8тo/lor1 !/'/истон : Третш! ,V'/UCтOH
JtzЩШ17ь/1 I .JtlЩl(Il7Ы/ I .JtzЩllты/
J< I ' j.
!J
от
I
Рис. 1 5. ЗОНЫ действия защиты.
Каждая защита должна действовать не только при металличе.
СКОМ к. з., но и при замыканиях через переходное сопротивление,
обусловливаемое электрической дуrой.
Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она Mor ла
подействовать при к. з. В минимальных режимах системы, т. е.
в таких режимах, коrда изменение величины, на которую реа.
rирует защита (ток, напряжение и т. п.), будет наименьшей.
Например, если на станции А (рис. 1.2, б) будет отключен один
reHepaTop, то ток к. з. уменьшится, но чувствительность защит
должна быть достаточной для дейстJ3,ИЯ и в этом минимальном
режиме.
Таким образом) чувствительность защиты должна быть такой,
чтобы она действовала при к. з. в конце установленной для нее зоны
в минимальном режиме системы и при замыканиях через электриче.
скую дуеу.
Чувствительность защиты принято характеризовать к о э ф.
Ф и ц и е н т о м ч у в с т в и т е л ь н о с т и k ч . Для защит, реа-
rирующих на ток к. 3.,
k 11<.3. мин
Ч
l с . з '
(1-1)
rде 11<.3. МИН минимальный ток К. 3.; 1 С.З наименьший ток, при
котором защита начинает работать (ток срабатывания защ и :r ы ).
14
r) Надежность
Требование надежности состоит в том, что защита должна безот
казно работать при К. з. в пределах установленной для нее зоны u
не должна работать неправильно в режи.маХ J при которых ее работа
не предусматривается.
Требование надежности является весьма важным. Отказ в ра-
боте или неправильное действие какой-либо защиты всеrда приво-
дит к дополнительным отключениям.
Например, при к. з. В точке К (рие. 1-6) и отказе защиты В I
сработает защита BIII, в результате чеrо дополнительно отключаются
подстанции II и 111, а при неправильной работе в нормальном ре-
жиме защиты B IV в результате отключения линии Л IV потеряют
питание потребители подстанций: 1, 11, III и IV. Таким образом,
ненадежная защита сама становится источником аварий.
v
ш
о
ЛIY
ЛlD
о
8 ш
Рис. 1-6. Неселективное отключение к. з. из-за OT
каза защиты вследствие ее неисправиости.
Надежность защиты обеспечивается простотой схемы, уменьше-
u . u
нием в неи количества реле и контактов,ПРОСТОТОИ конструкции и
качеством изrотовления реле и друrоЙ аппаратуры, качеством мон"
тажных материалов, caMoro монтажа и контактных соединений,
а также уходом за ней в процессе эксплуатации. .
В последнее время ведутся разработки методики оценки и ана-
лиза надежности устройств релейной защиты с помощью теории
вероятности [л. 33].
В СССР общие принципы выполнения релейной защиты реrла-
ментируются ПУЭ [л. 1], а типовые схемы релейной защиты и
их расчет. «Руководящими указаниями по релейной защите»
[П. 2 6].
1.5. ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ,: РЕЛЕ И ИХ РАЗНОВИДНОСТИ
Обычно устройства релейной защиты состоят из нескольких
реле, соединенных друr с друrом по определ нной схеме.
Р е л е пред тавляет собой автоматическое устроЙство, которое
приходит в действие (срабатывает) при определенном значении
воздействующей на Hero входной величины.
В релейной технике применяются р е л е с к о н т а к т а м и
электромеханические и б е с к о н т а к т н ы е на полупро-
водниках или на ферромаrнитных элементах. У первых при сраба-
15
тывании замыкаются или размыкаются контакты. У вторых при
определенном значении входной величины скачкообразно меняется
выходная величина, например наПРЯ,жение.
Каждое устройство защиты и ero схема подразделяются на две
части: р е а r и р у ю Щ у ю и л о r и ч е с к у ю.
Р е а r и. р у ю Щ а я (или измерительная) ч а с т ь является
rлавной, она состоит из основных реле, которые непрерывно полу
чают информацию о .состоянии защищаемоrо элемента и реаrируют
на повреждения или ненормальные режимы, подавая соответствую
щие команды на лоrическую часть защиты.
Л о r и ч е с к а я ч а с т ь (или оперативная) является вспо
моrательной, она воспринимает команды реаrирующей части и,
если их последовательность и сочетание соответствуют заданной
проrрамме, ПрОИЗБОДИТ заранее предусмотренные операции и подает
управляющий импульс на отключение выключателей. Лоrическая
часть может выполняться с помощью электромеханических реле
или схем с использованием электронных приборов {ЛШ\iПОВЫХ
или полупроводниковых. .
В соответствии с этим подразделением защитных устройств реле
так же делятся на две rруппы: на о с н о в н ы е, реаrирующие на
повреждения, и в с п о м о r а т е л ь н ы е, действующие по
команде первых и используемые в лоrической части схемы.
Признаком появления к. з. MorYT служить возрастание тока J,
понижение напряжения и и уменьшение сопротивления защищае.
Moro участка; характеризуемоrо отношением напряжения к току
в данной точке сети, z == и / 1.
Соответственно этому в качестве реаrирующих реле применяют
р е л е т о к о в ы е, р аrирующие на величину тока, р е л е
н а п р я ж е н' и Я, . реаrирующие на величину напряжения, и
р е л е с о .п р о т и в л е н и я, реаrирующие на изменение со-
противления.
В сочетании с указанными реле часто применяются р е л е
м о Щ н о с т и, реаrирующие на величину и направление (знак)
мощности к. з., проходящей через место установки защиты.
Реле, действующие при возрастании величины, на которую они
реаrируют, называются м а к с и М а л ь н ы м и, а реле, работаю. . ..
щие при снижении этой величины, называются м.и н и м а ль.
ны М и.
Для защит от ненормальных режимов,. так же как и для защит
от к. з., используются реле тока и напряжения. Первые служат
в качестве реле, реаrирующих на переrрузку а вторые на опас-
ное повышение или снижение напряжения в сети. Кроме Toro, при.
меняется ряд специальных реле, например, р е л е ч а с т о т ы,
действующие при недопустимом снижении или повышении частоты
т е п л о в ы е р е л е,. реаrирующие на увеличение тепла, выде.
деляемоrо током при переrрузках, и некоторые друrие.
К числу вспомоrательных реле относятся: р е л е в р е м е н и,
служащие для замедления действия защиты; р е л е у к а З а -
16
" .........
"о
т е л ь н ы е для сиrнализации и фиксации действия защиты;
р е л е про 1\1 е ж' у т о ч н ы е, передающие действие основных
" реле на отключение выключателей и служащие для осуществления
взаимной связи между элементами защиты. .
Каждое реле можно подразделить на две части: в о с при н и -
м а ю щ у ю и и с п о л н и т е л ь н у ю. Воспринимающий эле-
мент в электром.еханических конструкциях имеет обмотку, которая
питается током или напряжением защищаемоrо элемента в зависи
юсти от типа реле (токовые или напряжения).
Реле мощности и реле сопротивления имеют две обмотки (тока
и напряжения). Через обмотки реле воспринимает изменение той
электрической величины, на которую оно реаrирует.
Исполнительный элемент электромеханическоrо реле представ-.
ляет собой подвижную систему, которая, перемещаясь под воздей
ствием сил, создаваемыХ воспринимающим элементом, действует на
контакты реле, застаВJIЯЯ их замыкаться или. размыкаться. f
Имеются так?Ке реле, в которых подвижная система реле дейст.
вует непосредственно механическим путем на отключение выклю
чателя.
1 6. СПОСОБЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ РЕЛЕ И СХЕМ
ЗАЩИТЫ НА ЧЕРТЕЖАХ
Применяются два принципиально различных способа изобра
жения схем защит и реле на чертежах. ' :
ПОП е Р. в о м у с п о с о б У реле показываются в совмещен
ном виде (рис. 1-7, а) и изображаются в виде прямоуrольника с по
ЛУI<руrом наверху. Обмотки реле подразумеваются расположенными
в нижней' части (прямоуrоль - т
нике) и обычно не показы
ваются, контакты реле ри- .т т т 11
суют В верхней части изо Т
бражения (таким образом, .
контакты и обмотки реле co а) ,Л
вмещаются в одном изобра-
жении). Тип реле обозна Рис. 1 7. Условное изображение реле на .
чается начальной буквой наи принципиальных схемах.
менования реле в нижней
части изображения. Например: токовое реле обозначается бук-
вой Т, реле напряжения Н, промежуточное :......... П, мощности
М и т. д.
П О в т о р о м у с п о с о б У реле показываются в разверну
том виде (рис. 1 7, 6). Обмотки реле и их контакты рисуют раз-
дельно, в разных частях схемы, исходя из соображений большей
наrлядности схемы, и обозначают соответствующей буквой (см..
рис. 4 20, 6 ) 8} с).
В развернутых схемах цепи, питающиеся током сети, напря
жением сети и источником оперативноrо тока, показываются раз
17
дельно, что облеrчает рассмотрение (<<чтение») схем с большим чис-
лом реле и сложной связью между ними. .
в 1964 r. в СССР введен стандарт (rOCT 7624 62) [Л. 7] на rpa-
фические изображения электрических схем. В дальнейшем изло
жении все схемы изображаются в соответствии с этим стандартом.
Положение контактов реле на схемах условились изображать
в состоянии, соответствующем отсутствию тока в обмотках реле'.
В книrе, в отдельных случаях (для облеrчения понимания схемы)
контакты реле показываются в положении rотовности устройства
к действию (т. е. для нормальноrо .состояния защищаемоrо объ-
екта). т акие случаи оrовариваются в подписях под рисунка IИ.
. I 7. СПОСОБЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ
Обмотки реле MorYT включаться на ток и напряжение сети непо-
средственно или через измерительные трансформаторы тока и напря-
жения (рис. 1 8). Реле первоrо типа называются пер в и ч н ы м И,
BToporo типа в т о р и ч н ы м и.
Наибольшее распространение
имеют реле вторичные, преимуще-
ства которых по сравнению с пер-
вичными состоят в том, что они
'. изолированы от BbIcoKoro напря,;.
жения, располаrаются на некото-
ром расстоянии от заЩИlцаемоrо
элемента, в удоБНОl\1 для обслужи-
вания месте и MorYT выполняться
стандартными на одни и те )ке HO
минальные токи 5 или 1 а и номи-
нальные напряжения 100 в неза-
висимо от напр яжения и тока пер..
Рис. 1 8. Способы включения ТОКС- вичной цепи защищаемоrо элеrvrента.
дых реле. Достоинством первичных реле.
является то, что для их включения
не требуется измерительных транс-
форматоров, источников оперативноrо тока (см. 1 8) и контроль-
Horo кабеля. Первичные реле находят применение на электродвиrа-
телях, мелких трансформаторах и линиях малой мощности в сетях
3 6 10 кв, т. е. там, rде защита осуществляется по простеЙшим
схемам посредством реле тока и напряжения и не требует большой
точности. Во всех остальных случаях применяются вторичные реле.
а)
б)
. а первИЧНЫХ; б вторичиых.
I 8. СПОСОБЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТЫ НА ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
Существуют два способа воздействия защиты на отключение
выключателя: п р я м о й и к о с в е н н ы й. Защита со вторич-
ными реле прямоrо действия 1 показана на рис. 1 9. Реле 1 сраба-
тывает, коrда электромаrнитная сила F е, создаваемая обмоткой реле,
18
станет больше силы Р" противодействующей пружины. При сраба-
тывании реле ero подвижная система 2 воздействует непосредственно
(прямо) на расцепляющий рычаr 3 выключателя, после чеrо выклю-
чатель отключается под действием пружины 4.
Реле прямоrо действия устанавливаются непосредственно в при
воде выключателя, поэтому их часто называют в с т р о е н н ы м и.
Защита с вторичным реле KocBeHHoro
деЙствия изображена на рис. 1 10. При
срабатывании реле 1 ero контакты замы-
кают цепь обмотки электромаrнита 2, на-
зываемоrо к а т у ш к о й о т к л 10 Ч е -
н и я в ы к л 10 Ч а т .е л я. Под действи-
ем напряжения и, подводимоrо к зажимам
этой цепи от. специальноrо источника, в Ka
тушке отключения появляется ток, сердеч-
ник 3 катушки отключения, втяrиваясь,
освобождает защелку 4, ..после чеrо выклю- Рис. 1 9. Вторичное реле
чатель отключается под действием пру- прямоrо Действия.
жины 5.
После отключения ВЫI)лючателя ток в обмотке реле исчезает и
контакт'ы реле размыкаются. Чтобы облеrчить их работу по размы-
канию цепи, в которой проходит ток катушки отключения, преду-
смотрен вспомоrательныЙ блокировочный' контакт БК, который
размыкает цепь катушки отключения
еще до Toro, как начнут размыкаться
контакты реле.
Как видно из схемы на рис. 1 10,
для защиты с реле KocBeHHoro дей-
cTBия необходим вспомоrательный ис-
точник напряжения и с т о ч н и к
о пер а т и в н о r о т о к а. Защита
с реле прямоrо действия не требует
источника оперативноrо тока, но реле
этой защиты должны развивать боль-
шие усилия для Toro, чтобы непосред-
Рис. 1-10. Вторичное реле кос. ственно расцепить механизм выклю-
BeHHoro действия. чателя. Поэтому реле прямоrо дей
ствия не MorYT быть очень точными
и имеют большое потребление мощности.
Усилия, разв иваемыIe реле KocBeHHoro действия, MorYT быть
незначительными, поэтому они отличаются большей точностью
и малым потреблением. Кроме Toro, в защитах, которые состоят
из нескольких реле, взаимодействие между ними проще осуществ
ляется при помощи оперативноrо тока, а не механическим путем.
В силу изложенноrо наиболее широко применяется защита со вто-
ричными реле KocBeHHoFo действия.
Для простых токовых защит имеются вполне надежные конструк-
ции токовых реле прямоrо действия, которые часто применяются
1
11
t/
19
в сетях среднеrо напряжения 3, 6, 10, 30 кв там, rде отме.
ченные недостатки защит прямоrо деЙствия не являются суще.
ственными.
).9. источники ОПЕРА тивноrо токА
а) Назначен е и общие требования
Оперативным током называется ток питающий цепи дистанцион.
Horo управления выключателями" оперативные цепи релейной за.
щиты, автоматики, телемеханики и различные виды сиrналнрации.
Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов, от
I OTOpЫX зависит отключение поврежденных линий и оборудования,
должно отличаться особой надежностью. Поэтому rлавное требова.
, ние, которому должен отвечать источник оперативноrо тока, со.
стоит в том, чтобы во время к. з. и при ненормал.ьных режимах в сети
напряжение источника оперативноrо тока и ero мощность имели
достаточную величину как для действия ВСПОI\.юrательных реле
защиты и автоматики, так и для надежноrо отключения и включе.
ния соответствующих выключателей.
Для питания оперативных цепей применяются источники по..
с т о.я н н о r о и пер е м е н н о r о т о к а.
\ .
б) Постоянны" оперативны" ток
В качестве источника постоянноrо тока используются аккуму.
ляторные батареи с напряжением 11 O 220 8, а на небольших под
станциях 24 48 8, от которых о(:уществляется централизованное
питание оперативных цепей всех присоединений (рис. 1.11). Для '
повышения надежности сеть постоянноrо тока секционируется на
несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных
шин батареи.
Самым ответственным участком являются цепи защиты, авто:-
матики и катушек отключения, питаемые от шинок управления ШУ.
Вторым очень важным участком являются цепи катушек включе.
ния, питаемые от отдельных шинок тв вследствие больших токов
(400 500 а), потребляемых катушками включения масляных вы.
ключателей. И, наконец, третьим, менее ответственным участком
является сиrнализация, питающаяся от шинок ШС. Остальные
потребители поетоянноrо тока (аварийное освещение, двиrатели
собственных нужд) питаются по отдельной сети. Защита оператив.
ных цепей от к. з. осуществляется предохранителями или спе.
циальными автоматами (реаrирующими на увеличение тока).
Для cBoeBpeMeHHoro выявления неисправностей в оперативных
цепях состояние отдельных элементов цепи контролируется с по.
мощью специальных устройств.
Исправность предохранителей контролируется реле РС
(рис. 1.11). Целость цепи отключения КО и блок.контактов БК
20
обычно. контролируется реле РК, дающим сиrнал при обрыве цепи
(рис. 1 12, а).
В сетях. постоянноrо тока возможны замыкания на землю.
В случае замыканиЙ на землю в точках К 1 и K z (рис. 1 12, б) KOH
т
I
. Ф 1j I
А
1 I r;,
'r '
I
i
..L
Рис. 1-11. Принципиалъная схема питания оперативных
цепей защиты, цепей управления и сиrнализации постоян
ным током.
такты реле РЗ шунтируются и В катушке отключения КО появляется
ток, под действием KOToporo выключатель может отключиться.
Чтобы предупредить подобные отключения, применяется KOHT
роль за появлением «землю} на постоянном токе. КОН1'роль осуществ
на
+
+
-=-
а) б'
Рис. 1 12. Цепь отключения выключателя.
а контроль целости цеI1И с .помощью последовательно включенноrо реле (Р K) б ..:....
образование ЛОЖН,ой цепи на отключение Вblключателя при заМbll{ании иа землю и двух
точках сети постоянноrо тока.
ляется при помощи вольтметров V 1 и V 2 И сиrнальноrо реле Р к ,
как показано на рис. 1 11.
Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных
цепеЙ в любоЙ моr.лент времени с необходимым уровнем напряжения
21
и мощности независимо от состояния основной сети и поэтшлу яв"
ляются' самым надежным источником питания.
В то же время аи:кумуляторные батареи значительно дороже
друrих источников оперативноrо тока, для них требуются заряд
ные arperaTbI, специальное помещение и квалифицированный уход.
Хроме Toro, из за централизации питания создается сложная,
протяженная и дороrостоящая сеть постоянноrо тока.
В <;вязи с этим за последнее время получает широкое примене..
ние и переменный оперативный ток.
в) Переменный оперативный ток
Для питания оперативных цепей пере {енным TOKO используется
тОК или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источ
ников переменноrо оперативноrо тока служат т р а н с фор м а ..
т о рыт о к а, т р а н с фор м а т о р ы н а п р я ж е н и я и
т р а н с фор м а т о р Ы' с о б с т в е н н ы х н у ж д.
Т р а н с фор м а т о рыт о к а являются весьма надежным
источником питания оперативных цепей для защит от к. 3. При
к. 3. ток И напряжение на зажимах трансформаторов тока увели
чиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность TpaHC
фор!\даторов тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание
оперативных цепей.
Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой
мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопро
вождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении.
Поэтому их Нельзя использовать для питания защит от замыкания
u "
на землю в сети с изолированнои неитралью, защит от витковых
замыканий в трансформаторах и reHepaTopax или защит. от таких
ненормальных режимов, как по}3ышение или понижение напряжения
и понижение частоты.
Трансформаторынапряженияитрансфор"
м а т о р ы с о б с т в е н н ы х н у ж Д неприrодны ДJ}Я питания
, ..
оперативных цепеи защит от К. З., так как при к, з. напряжение
в сети резко снижается и может в неблаrоприятных случаях стать
равным нулю. В то же время при повреждениях и ненормальных
режимах, не сопровождающихсн rлубокими понижениями напря
жения в сети, трансформаторы напряжения и трансформаторы соб-
ственных нужд MorYT использоваться для питания таких защит,
как, например, защиты от переrрузкн, от замыканий на землю,
повышения напряжения и т. д.
3 а р я ж е н н ы й к о н Д е н с а т о р. Помимо непосредст"
BeHHoro использования мощности трансформаторов тока и напря-
жения можно использовать энерrию, накопленную в п р е Д в а
р и т е л ь н о зар я ж е н н о м к о н Д е н с а т о р е.
Разрядный ток конденсатора, имеющий необходимые величину
и продолжительность, может питать оперативную цепь в момент
u
деиствия защиты независимо от характера повреждения или HeHOp
22
мальноrо режима в сети. Предварительный заряд конденсатора
обычно осуществляется в нормальном режиме от напряжения сети.
При исчезновении напряжения на подстанции запасенная KOHдeH
сатором энерrия сохраняется. Поэтому заряженный конденсатор
может использоваться также для питания защит и автоматов,
которые должны работать при исчезновении напряжения на
подстанции.
П и т а н и е цеп е й у п р а в л е н и я в ы к л ю ч а т е л е й.
Дистанционное управление выключателями и их автоматическое
включение от АПВ или АВР должно производиться при любых
.'"
наrрузках на присоединении и при отсутствии напряжения на ши
нах подстанции, чеrо не обеспечивают трансформаторы тока. По.
этому питание цепей дистанционноrо управления, АПВ и АВР
производится от трансформаторов напряжения, трансформаторов
собственных нужд и заряженных конденсаторов. Чтобы обеспечить
производство операции по включению при отсутствии напряжения
на шинах, трансформаторы, питающие цепи управления, подклю-
. чаются к lIИНИЯМ, питающим подстанцию (рис. 1-18, 6), или на вы-
ключателях устанавливаются механические приводы, действующие
за счет энерrии поднятоrо rруза и'ли сжатой пружины.
Таким образом} каждый источник nере.меННО20 оnеративНО20
тока имеет свою} рассмотренную выше} область nрименения. При
этом возможность использования Toro или иноrо источника опре-
деляется мощностью, которую он может дать в момент производства
операций. .
М о щ н о с т ь и с т о ч н и к а п и т а н и я Д о л ж н а с He
которым запасом. превосходить мощность, потребляемую оператив-
ными цепями, основной составляющей которой является мощность,
затрачиваемая приводом на отключение и включение выключателей.
Наибольшие затруднения из за недостаточной мощности воз-
никают при применении трансформаторов тока и трансформаторов
напряжения. Учитывая, что включение и отключение выключате-
лей является кратков ременной операцией, можно допускать зна
чительные переrрузки измерительных трансформаторов без ущерба
для них.
На практике встречаются ДВе схемы питания от трансформаторов
тока:
а) с непосредственным питанием оперативных цепей током основ-
ных трансформаторов тока;
б) с питанием оперативных цепей от вспомоrательных про-
межуточных трансформаторов тока П НТ.
Пер в а я с х е м а с непосредственным использованием тока
основных трансформаторов тока показана на рис. 1-13.
В нормальном режиме катушка отключения выключателя 2
зашунтирована контактами реле 1. и ток в ней отсутствует. При
к. з. реле 1 срабатывает, ero контакты размыкаются и ток транс-
форматоров тока поступает в катушку отключения 2, приводя ее
в действие.
23
в т о р а я с х е м а изображена на рис. 1-14. При возникнове,.
нии к. з. В реле 1 появляется ток к. з. [р, под действием KOToporo
оно срабатывает, .замыкая своими контактами цепь вторичной
обмотки ПНТ 2, в результате чеrо в к тушке отключения 3 появ-
ляется ток и выключате.пь отключается.
1(0
3
2 Т
1 Т 1
1
J p 2 нт
..............
Источником, непосредственно питающим оперативную цепь,
является ПНТ 2, который должен быть рассчитан H работу с разомк-
нутой вторичной обмоткой" что следует из схемы на рис. 1 14.
Для облеrчения условий работы контактов реле, замыкающих
вторичную обмотку ПНТ, и уменьшения тока в катушке отключе-
ния выключателя вторичный ток
вспомоrательноrо трансформатора
оrраничивается до величины, до-
статочной для надежноr действия
катушки отключения.
Для выполнения поставленных
требований ПНТ изrотовляются
с маrнитопроводом, начинающим
насыщаться пр и токах срабатыва-
ния реле [с,р' Примерный характер
зависимости вторичноrо тока [н.Т
TaKoro насыщающеrося трансфор-
матора от первичноrо тока 1 изо-
.бражен на рис. 1.15.
. Рекомендуется к применению
первая схема (рис. 1-13) как более
простая и надежная. При этом нужно иметь в виду, что контакт
реле 1, осуществляющий в этой схеме дешунтирование катушки
отключения, должен быть рассчитан на операцию с большими TO
ками (ПрЮ\fерно lOO 150 а). Практическое применение получила
Рис. 1-13. Принципиальная cxe
ма питания оперативных цепей
защиты переменным током Heцo
средственно от трансформатора
тока.
/11.1
1 р. CJ1
1 Н.О
Ih.rmahc-::::' 10+ISa
Рис. 1 15. Зависимость вторичноrо
тока I H . T от первичноrо тока I
В'спомоrательноrо насыщающеrося
трансформатора тока,' I K . O ток
срабатывания катушки отключе-
, ния.
24
Рис. 1-14. Принципиальная
схема питания оперативных
цепей защиты перемеНRЫМ
током от трансформатора TO
ка через вспомоrательный
насыщающийся трансформа-
, тор тока пнr.
1
схема, приведенная на рис. 4-18, 4 19, в которой используются реле
со специальными мощными переключающими контактами.
Вторая схема не рекомендуется к использованию, так как при.
больших токах к. з. и насыщении трансформаторов тока и ПНТ в их
вторичных обмотках озникают пикообразные импульсы BbIcoKoro
напряжения (рис. 1 17, а), опасные для изоляции ПНТ и основных
трансформаторов тока [Л. 13].
Схемы комбинированноrо питания от
т р а н с фор м а т о р о в т о к а и т р а н с Ф (j р м. а т о р о в
н а n р я ж е н и я. Для
повышения мощности и со-
здания универсальноrо ис
точника, приrодноrо для
питания защит как от к. з.,
так и от повреждений и
ненормальных режимов, не
сопровождающихся увели
чением тока, ВНИИЭ раз
р аботаны специальные бло
ки питания. Принципиаль
ная схема комбинирован-
Horo блока питания при
ведена на рис. 1 16.
Ток от. трансформато-
ра тока и напряжение от
трансформатора. напряже
ния подводятся к промежу
точным трансформаторам ПНТ и ПТН. Их вторичное напряжение
выпрямляется выпрямителями В 1 и B2 ' суммируется и подается на
оперативные .цепи защиты. В последнее время блоки тока БПТ и
напряжения БПН выпускаются раздельно, что позволяет приме
lIЯТЬ их порознь И вместе. При этом комбинированный блок леrко
пнт
Рис. 1 16. Принципиальная схе-
ма комбинированноrо блока пи
тания для питания оперативных
. цепей защиты вы,nрямленным
переменньiм током.
и
t
а)
6)
Рис. 1 17. Влияние KOHдeHca
тора С на напряжение и ток на-
сыщающеrося трансформатора
ПНТ блока.
а кривые тока. и напряжения
пнт без конденсатора; 6 то же
при налнчии конденсатора С.
f
А
I
в
!( цепям упраВ
ленин п /ст. 8
о)
а)
Рис. 1-18. Схема питаниЯ оперативных цепей
от трансформатора напряжения (а) или
трансформатора собственных нужд (6).
25
получается параллельным включением выходных цепей БПт. и
БПН. Для оrраничени'я величины вторичноrо тока трансформа-
тор ПНТ выполняется, как и в схеме на рис. 1-14, насыщаю-
щимся. Чтобы избежать появления опасных пиков напряжений
(рис. 1 м 17, а), во вторичной цепи ПНТ усrановлен конденсатор К,
сrлаживающий кривую вторичноrо напряжения, как показано на
рис. 1 17, 6. Напряжение на выходе блока Ив определяется током
и напряжением сети. При к. з. необходимое значение выходноrо
напряжения обеспечивается за счет трансформаторов тока, а при
повреждениях и ненормальных режимах с. малым током за счет
трансформатора напряжения. Таким образом, комбинированныЙ
блок l\Iожет питать защиты от всех видов повреждения иненормальм
ных режимов, и в то же время позволяет иметь на выключателе
только одну катушку отключения.
Блоки питания особенно удобны для
6 тн питания защит, имеющих сложную схему
опер ативных цепей, состоящую из боль м
шоrо числа вспомоrательных реле.
Схемы с питанием от
трансформаторов напря-
жения или 'собственных
н у ж Д показаны на рис. 1 18, а,' 6.
Схема на рис. 1-18, а применяется только
для питания оперативных цепей защит.
Рис. 1-19. Принципиальная
схема питания оперативных Для питания цепей управления и вклю-
цепей защиты переменным ТЬ4 чения обычно используется выпрямлен-
ком с использованием энер ный ток (рис. 1 18, 6). Выпрямление
rии заряда конденсатора. осуществляется селеновыми выпрямитем
. лями 2. Трансформатор 1, питающий
цепи управления, необходимо . подключать к питающей линии Л 1.
При включении Л 1 со стороны питающей подстанции А трансфор-
матор 1 получает напряжение, после чеrо появляется возможность
проведения операций на подстанции В, не имеющей напряжения.
С х е м а с п и т а н и е м о т зар я ж е н н о r о к О н Д е н-
с а т о р а. На рис. 1 19 изображена упрощенная схема питания
оперативных цепей от заряженноrо конденсатора. Конденсатор 1
питается от трансформатора напряжения через выпрямитель 2.
В нормальном режиме конденсатор заряжен. При действии заЩ!1ТЫ
он замыкается на катушку отключения, питая ее током разряда.
Рассмотренные cxeMЬ питания оперативных цепей от источни-
ков pepeMeHHoro тока отличаются простотой и достаточной надеж-
ностью [Л. 8]. Однако вопросы применения оперативноrо переменм
Horo тока для сложных защит, мощных выключателеЙ, а также на
больших электростанциях и подстанциях еще недостаточно разрабо-
таны, что и оrраничивает применение источников переменноrо тока.
В СССР питание оперативных цепей от источников переменноrо
тока получило широкое лрименение в электрических сетях 6, 10 и
35 кв и ,отчасти 110 кв [Л. 24, 80].
26.
r лава вторая
РЕЛЕ
2 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕ
в схемах релейной защиты и электрической автоматики ПрИll.Iе
няются электромеханические реле, реле на полупроводниковых; при
> борах (диодах и транзисторах) и реле с использованием Hacы
щающихся маrнитных систем. Наибольшее распространение пока
имеют электромеханические реле.
Однако наличие таких недостатков электромеханических реле,
как большие размеры, ЗI:Iачительное потребление мощности от
трансформаторов тока и напряжения, трудности в обеспечении Ha
дежной работы контактов побудили к поискам более совершенных
принципов выполнения реле. Новые принципы исполнения реле
с помощью полупроводниковых приборов позволяют существенно
улучшить параметры и характеристики реле и перейти полностью
или частично на бесконтактные схемы защит. Постепенно новые
принципы выполнения реле находят все большее .практическое
пр именение.
Помимо реле, реаrирующих на' электрические величины, для
защиты электрических машин и аппаратов применяются pe.тIe,
реаrирующие на неэлектрические величины, косвенным образом
характеризующие появления повреждений или ненормальных режи
мов .в них. Например, имеются реле, реаrирующие на появления
rазов или повышение давления в кожухах маслонаполненных TpaH
сформаторов и реакторо13; реле, реаrирующие на повышение темпе
ратуры трансформаторов и электрических машин и т. д.
Реле, реаrирующие на электрические величины, можно подраз
делить на три rруппы: '
реле, реаrирующие на одну электрическую величину: ток или
напр яжение;
ре.пе, реаrирующие на две электрические величины: ток и Ha
пряжение сети или два напряжения U I и U п , каждое из которых
является линейной функцией тока и напряжения ceTf!;
реле, реаrирующие на три или больше электрических величины,
напримеJ}: три тока и три напряжения сети, ИЛ!1 несколько напря
жений, представляющих линейные функции токов и напряжения
сети.
К первоЙ rруппе относятся реле тока и реле напряжения. Ко
второй принадлежат однофазные реле: мощности, сопротивления и
некоторые друrие. I( третьей относятся трехфаЗН,ые реле мощности,
мноrофазные реле сопротивления и друrие устройства.
В даннqй r лаве рассматриваются наиболее распространенные
принципы устройства основных типов электромеханических реле
и реле на полупроводниковых приборах, применяемые во всех видах
защит.
27
Принципы действия. и устройство реле, предназначенных для
отдельных защит: дифференциальных, дистанционных и друrих
раССl\'lатриваются в rлавах, посвященных этим защитам.
2 2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ РЕЛЕ
Электромеханические реле MorYT выполняться на электромаr
нитном, индукционном, электродинамическом, индукционно дина
мическом и маrнитоэлектрическом принципах. Отечест енная .про
мышленность изrотовляет электромеханические реле в основном
на электромаrнитном' « индукционном принципах, которые позво
ляют создать все требующиеся в эксплуатации разновидности реле.
Переходя к рассмотрению электромеханических конструкций,
следует отметить некоторые наиболее. важные и общие требования,
предъявляемые к OCHOBH IM элементам этих реле: контактам и об
моткам.
К о н т а к т ы р е л е являются очень ответственным элементоr.,!
в схемах защит. Они должны обеспечить надежное замыкание и
размыкаНI!е тока в управляемых ими цепях и быть рассчитаны на
MHoroKpaTHoe действие.
Коммутационная способность контактов условно характери.
зуется мощностью; при которой они обеспечивают замыкание и раз.
мыкание цепей. Величина этой мощности SK выражается как про.
изведение напряжения источника оперативноrо тока и на наиболь.
ший ток./ к, прохождение KOToporo допускается через контакт, т. е.
SK == И/К'
О б м о т к и р е л е должны обладать термической устойчи
востью, характеризуемой в зависимости от типа реле величинами
тока или напряжения, допускаемыми длительно и кратковременно,
и иметь приемлемую потребляемую мощность Sp, характеризуемую
произведением тока / р, проходящеrо по обмотке, на напряжение Ир
на зажимах этой обмотки.
Потребляемая мощность Sp зависит от усилий, которые должны
создать намаrничивающие силы обмоток для приведения в действие
подвижной системы реле.
2.3. ЭЛЕКТРОМАrНИТНЫЕ РЕЛЕ
а) Принцип действия
На рис. 2 1 представлены три основные разновидности конструк-
ций электромаrнитных реле.
,Каждая конструкция включает в себя электромаrнит 1, со<.:тоя.
IЦИЙ из стальноrо сердечника и обмотки, стал ьной подвижныЙ
якорь 2, несущий подвижный контакт 3, неподвижные контакты 4
/ И противодействующую пружину 5.
Проходящий по обмотке электромаrнита ток /р создает намаrни
чнвающую силу (н. с.) / рШ р , под действием которой возникает Mar.
28
нитный поток ф, замыкающийся через сердечник электромаrнита,
воздушный зазор и якорь, который намаrничивается и в резуль-,
тате этоrо притяrивается к полюсу электромаrнита. Переместившись
в конечное положение, якорь своим подвижным контактом 3 замы-
кает неподвижные контакты реле 4. Начально положение якоря
оrраничивается упором 6.
t
I р
.,.
I '
...
..
2
. Ip
t
t
f
Ii)
"Рис. 2-1. Типы электромаrнитных реле.
а с втяrИDВЮЩИМСЯ якорем; 6 с поворотным якорем; в --- с поперечным
движением якоря.
а)
6)
Э л е к т р о м а r н ит н а я с и л а, притяrивающая стальной
якорь к электромаrниту, пропорциональна. квадрату маrнитноrо
потока Ф в воздушном зазоре 1.
F.,==kф2. (2-1)
Маrнитный поток Ф и создающий ero ток / р связаны соотношением
/lW p
-ф == RM ' (2 2)
rде RM ----- маrнитное сопротивление пути, по которому замыкается
маrнитный поток Ф,а W p количество витков обмотки реле.
Подстановка. выражения (2 2) в (2 1) дает:
w:l
F k р / 2 k ' / 2
9 == R2 Р == р'
м
(2 3)
у реле с nOBopo'fHbIM якорем и с поперечным движением якоря
(рис. 2 1, 6 и в) электромаrнитная сила обра ует вращающи-й MO
мент:
М9 == F91p == k" / ,
(2-4)
rде [р ----- плечо силы F 9'
1 При питании обмотки peJle переме'ННЫМ током 'под Ф подразумевается мrио-
венное значение потока.
29
Коэффициенты k' и. k" в выражениях (2 3) и (2 4) зависят от
RM и поэтому сохраняют постоянное значение только при отсутст.
вии насыщения.
Из (2 3) и (2 4) ,следует, что сила притяжения Ре или ее момент
А19 пропорциональны квадрату тока Ip в обмотке реле и имекл,
следовательно, постоянное направление, не зависящее от направле.
ния (знака) этоrо тока. Поэтому электромаrнитный принцип при.
rоден для выполнения реле как постоянноrо, так и переменноrо тока
и широко используется для изrотовления реле тока, напряжения,
промежуточных, сиrнальных и реле времени.
При перемещении якоря электромаrнитноrо реле уменьшаются
воздушный зазор б (рис. 2 1) и соответственно R M . При постоянстве
тока в реле уменьшение R м
вызывает увеличение маrнит
Horo потока Ф [см. формулу
(2 3)], что обусловливает в
свою очередь соответствующее
возрастание силы Ре'
Таким образом, сила Р 9 и
момент Лt1 9 являются некото.
рой функцией положения
якоря, характеризуемоrо за.
зором б [а в системах с попе.
речным движением якоря
(рис. 2-1, в) уrлом cx]J и
возрастают с уменьшением
воздушноrо зазора.
Наиболее просто эта зави.
симость находится для реле
с поворотным якорем (рис. 2 1, 6)J у которых маrнитное поле в
воздушном зазоре однородно. В этом случае маrнитное сопротив
ление воздушноrо зазора RM == б/4ns. Подставляя ero в (2 3) и пре
небреrая маrниТным сопротивлением пути по стали, получаем:
f1
На
в
ia
'
I а
d'
\
700
а)
о)
Рис. 2-2. Зависимость электромаrнитной
силы F f) и электромаrнитноrо момента М f)
от воздушноrо зазора.
а реле с поворотным якорем F 9' == f (6);
б реле с поперечным движением якоря
М э == f (а). .
/2
Р э == k б; ·
(2 5)
СледоватеЛЬНО J сила притяжения У реле с поворотным якорем
обратно пропорциональна квадрату воздушноrо зазора б.
у реле с поперечным движением якоря и с втяrивающимся як
рем поле в 'воздушном зазоре нельзя считать однородным. Для
этих конструкций зависимость Р 9 == f (б) имеет сложный характер
(рис. 2 2, а и 6). Ее можно выразить через производную маrнитной
проводимости воздушноrо зазора IЛ. 9] уравнением
Р 1 2/2 dG M
9 == "'2 W p р dб- '
(2-6)
rAe Ом маrнитная проводимость, равная I/RMO
30
Это выражение носит общий характер. Оно справедливо при
отсутствии насыщения для всех конструкций электромаrнитных реле
и обычно используется при их расчетах.
Кривые на рис. 2 2 построены в предположении, что OK при
перемещении якоря не меняется, т. е. что он не зависит от реактив
Horo сопротивления Х р обмотки реле, изменяющеrося при изменении
маrнитноrо потока Ф. К этой rруппе реле относятся токовые реле,
питающиеся переменным током сети (/р), на который не влияют
параметры реле, и реле постоянноrо тока, у которых / р не зависит
от Хр'
б) Ток срабатывания, ток возврата и коэффициент
возврата
Для срабатывания реле необходимо, чтобы электромаrнитная
сила или ее момент превосходили силы сопротивления пружины F п,
трения и веса F т' Реле начинает действовать, коrда'
F rr== Ре. с. р:::::= F п + р т или М9:::::= М 9 . С. Р == М п + м т ' (2 7)
Величине М 9 . с . р соответствует определенный ток / р, необходи..
мый для срабатывания.
Н а и м е н ь ш и й т о к, при к о т о р о м р е л е с р а б а
т ы в а е т, н азы в а е т с я т о к о м с р а б а т ы в а н и я и
о б о з н а ч а е т с я [с.р'
Подставляя в (2 4) М с.р вместо М 9, находим ток
i / RM " / Мс. р (2 8)
. р с. р W p V k'
rде Мс.р == М п + М Т '
В большинстве конструкций предусматривается возможность
реrулирования [с.р, которое, как это следует из (2 8), можно ocy
ществлять путем изменения числа витков обмотки реле W p ; величины
момента М п противодействующей пр ужины; величины воздушноrо
зазора 6 с учетом, что RM == f (6).
Наиболее простыми И удобными для практическоrо исполнения
являются два первых способа. "
Реrулирование ПРУЖИJIой позволяет изменять ток срабатыва
ния плавно. При реrулировании изменением числа витков ток
срабатывания меняется ступенями.
Возврат притянутоrо якоря в исходное положение при YMeHЬ
шении тока в обмотке реле происходит под действием пружины 5
(рис. 2..}).. Для возвр"ата необходимо, чтобы момент М п преодолел
электромаrнитный момент М 9.ВОЗ И момент трения М т' Условия
возврата определяются из уравнения равновесия сил или моментов:
F п :::::= Р9. воз + р т или М п :::::= М 9 . воз + м т ' (2 9)
Моменту М е . в "з соответствует ток [р, при котором обеспечив ется
условие (2..9). '
31
Н а и б о л ь ш и й т о к в р е л е, при к о т о р о м я к о р ь
""
р е л е в о з в р а Щ а е т с я . в н а ч а л ь н о е n о л о ж е н и е.
. н азы в а е т с я т о к о м в о з в р а т а р е'л е 1 воз.
. О т н о ш ео н и е т о к о в 1 воз/ 1 с. р н азы в а е т с я к о э Ф
Ф и ц и е Н т о м в о з в р а т а k воз ' С учет ом (2 4)
k /воз V Мвоз
воз т------ м .
С. Р _ с. р
у реле, реаrирующих на возрастание тока, I с . р > I воз И k воз < 1.
Величина k воз У различных конструкций колеблется в довольно
r ШИР9 КИХ пределах, от 0,1 до 0,98.
Из (2 1 О) следует, что k воз зависит
. от соотношения Мс.р и М воз ' Для
. выяснения этоrо соотношения сле
дует рассмотреть диаrрамму мо.
ментов, действующих на якорь
реле в функции от величины воз
душноrо зазора 6 (рис. 2 3).
Предположим,' что в обмотку
электромаrнитноrо реле (например,
с поворотным якорем рис. 2.1, б)
подан ток, равный току срабаты-
вания. Возникающий при этом
электромаrнитный момент М 91 пре
Рис. 2 3. Диаrрамма электромаr одолевает сопротивление пружины
нитных и механических сил при И трение (М П1 и м т ) и приводит
срабатывании и возврате TOKoBoro В движение якорь. Началу дви-
реле. жения якоря соответствует соот-
J M9 ;:;:; f (6) при J p == [с.р == ПОСТ.; ношение моментов; М91 == М П1 +
2 М п == f (6); 3 М" == f (Ь) при + М Т .
J p == J B _ P . == пост По мере перемещения якоря
. воздушный зазор 6 уменьшается от
начальноrо значения 61 до конечноrо 62 (рис. 2 3), противодействую-
щая пружина растяrивается и ее момент М п (прямая 2) при эт.ом
нарастает по линейному закону (обратно пропорционально изм
нению 6). Электромаrнитный момент М9 (кривая 1) также увели
чивается, но по нелинейной зависимости (2-5), имеющей для реле
с поворотным якорем вид параболы.' Коrда якорь достиrает конеч-
Horo положения 62' то блаrодаря более БыIтромуy нарастанию М9
по сравнению с М п образуется избыточный момент L\M == М Э2 М пz ,
обеспечивающий необходимое давление на . контактах. реле. Для
. возврата якоря необходимо уменьшить ток в обмотке реле от 1 С.р
.... до значения I в . р QРИ котором электромаrнитный момент М9 сни. .
/ q l
М .. k С. р М . k воз ( 2 3)
зится. ОТ Э2 6 дО Э2 б рис. .
При этом условии момент пружины М П2 преодолевает. электро-
маrнитный момент M 2 и момент трения М п и якорь реле возвра-
щается в начальное положение 61.
(2-1 О)
,
M J2и
/0'/П2
Хои R/roря
32
Из диаrраммы следует, что чем больше избыточный момент д1\1
и трение М т , тем больше разница между /ВО3 и /с.р, и, следова
тельно, меньше k воз " .
Для улучшения коэффициента возврата необходимо обеспечить:
'а) совпадение или наибольшее сближение характеристик изме
нения моментов М9 и М п (прямая 2 и кривая 1), что достиrается
подбором TaKoro участка кривой М9 == t (8), rде имеется лучшее
совпадение с характеристикой пружины М п == f (8). На диаrрамме
рис. 2 2, б таким участком является отрезок АВ, которому COOTBeT
ствует уrол поворота якоря ОТ СХl до а 2 .
Улучшения k воз можно достиrнуть также за счет сокращения
хода подвижной системы изменением конечноrо положения якоря 82,
что приводит К уменьшению дМ (рис. 2 3);
б) уменьшение трения в осях подвижной системы (якоря) реле.
Некоторое ухудшающее влияние на k воз оказывает rистерезис.
в) Реле максимальноrо и минимальноrо действия
Рассмотренные р ле действуют при возрастании тока в их об
. I
мотке и поэтому являются максимальными.
Реле, действующие при уменьшении тока, называются МИНИ 4
мальными. В нормальных условиях якорь минимальноrо реле Haxo
дится в притянутом положении (рис. 2 4); при этом М9 > М п и
контакты реле разомкнуты. Для сраба
тывания реле необходимо уменьшить ток
в реле до TaKoro значения, при котором
момент пружины превзойдет по величине
электромаrнитный момент и момент Tpe
ния М п > М э + Мт, в результате чеrо
якорь реле отойдет и контакты реле
замкнутся.
Током срабатывания минимальносо
реле. называется наибольший ток, при
котором отпадает якорь реле, а током
возврата наименьший ток, при кoтo
ром пРИfnЯёиваеmся якорь реле. Как у
максимальных реле, отношение / В.р К / С.р
называется коэффициентом возврата
реле. У минимальных реле / воз> / С.р'
поэтому k воз > 1.
Рис. 2.4. Приицип устрой..
ства реле минимальноrо тока
или напряжения.
r) Вибрация якоря реле при работе'реле
на переменном токе
Реле переменноrо тока питается током Ёр == / т sin oot, при этом
мrновенное значение F 9t == ki == k/ sin 2 oot. С учетом, что sin 2 oot ==
== (1 'cos 2oot), получим F зt == k/ k/ ,л cos 2(j)t.
1 i. В. Черно6rовов
33
Сиlедовательно, MrHOBeHHoe значение F эt содержит две состав-
ляющие: п о с т о я н н у ю kп п и пер е м е н н у ю k/ cos 2ы!,
изменяющуюся с двойной частотой. Результирующая электромаr
. нитная сила Р9 имеет пульсирующий характер, дважды изменяясь
от нуля до максимальноrо значения в Te
чение каждоrо периода (рис. 2 5). В то же
время противодействующая сила пружи
ны F п имеет неизменное значение.
В результате в период времени аЬ, cd, е!
и 'т. д. (рис. 2 5), коrда F п > F 9t , якорь
реле стремится отпасть, а в периоды вре 4
мени Ьс, de и т. д., коrда F9t> F п ВНОВЬ
втянуться. Притянутый якорь. при этом
непрерывно вибрирует вследствие перио
дическоrо изменения знака действующей
на Hero результирующей силы F рез ==
::;::: F et F п.,
Вибрация якоря оказывает вредное
влияние на работу реле, нызывает виб
рацию контактов при срабатывании, что
приводит к их подrоранию, а также вызывает износ осей и цапф,
на которые они опираются.
При большом моменте инерции якоря он не успевает следовать
за быстрым изменением зн"ака результирующей силы ,Р рез::;::: F е F п,
в таких случаях вибрации не наблю
дается. Если же момент инерции якоря
недостаточен, то для устранения виб-
рации применяется расщепление Mar-
нитноrо потока обмотки на две состав-
ляющие, . сдвинутые по фазе. Расщепле-
ние достиrается или при помощи корот-
козамкнутоrо витка К (рис. 2-6), или
путем выполнения обмотки реле в виде
двух параллельных секций с разными
yr ловыми сдвиrами, расположенных на
разных маrнитопроводах (рис. 2 9).
В реле, изображенном на рис. 2 6,
короткозамкнутый виток охватывает
часть сечения" маrнитопровода. Под
влиянием маrнитноrо потока, пронизы-
вающеrо виток, в нем возникает ток 1 к,
создающИЙ поток фк' На рис. 2 6 показаны положительные направ-
ления маrнитных потоков и пути, по которым они замыкаются.
Из под сечения, охваченноrо короткозамкнутым витком, выхо-
.
ДИТ ре.зультирующи поток ФI, состоящий из части потока обмотки
реле ФРl и потока фк, проходящих через это сечение:
F,ф
&
Fn
Fэ > r" Fэ ;:;, Ij > Ii,
Рис. 2 5. Изменение силы
притяжения якоря F 9
электромаrнитноrо реле
при прохождении по ero
обмотке переменноrо тока.
34
Фl:;:= Ф Р1 + Ф к .
!р
Рис. 2-6. Принцип УСТРОЙ 4
ства электромаrнитноrо реле
с короткозамкнутым витком.
(2-11 )
Из под сечения, не охваченноrо короткозамкнутым витком,
выходит маrнитный поток фн, .состоящий из потока обмотки реле
Фр2 и части маrнитноrо потока короткозамкнутоrо Битка ФК2:
. . .
ФII === ФР2 ФК2' (2 12)
Построение диаrраммы на рис. 2 7 начинается с вектора ФI.
Затем строится э. д. с. Ею наведенная в короткозамкнутом витке
. о
ПОТОКОl'il Фl, отстающая от Hero на 90 . Ток в' короткозамкнутом
витке j к почти совпадает с э. д. с. Е к вследствие малой индуктив
Ф1(2 ф
ФРl
t
Рис. 2.8. Изменение силы
притяжения якоря F рез у
электромаrнитноrо реле с
короткозамкнутым ", витком
при прохождении по ero об-
мотке переменноrо тока.
насти витка. Пренебреrая потерями на намаrничивание, поток ФК
показываем совпадающим с создающим ero током i к'
Е/(
Рис. 2-7. Векторная диа.
[рамма маrнитных потоков
реле на рис. 2 6.
Зная ФI И Фк,из выражения (2 11) находим;
. . .
ФРl === ф'r фк'
Маrнитный поток ФР2 совпадает по фазе с потоком ФРl' так как
они создаются одной и тоЙ же н. с. (I pW p ) и имеют однородное Mar-
нитное сопротивление. На основании выра.ж:ения (2-12) находится
поток ФII.
Полученная векторная диаrрамма (рис. 2 7) показывает, что Mar
нитны поток ФI всеrда сдвинут относительно потока ФJl на уrол . ).
Сдвиr по фазе маrНИТfIЫХ потоков обусловлен на{Iичием потока фк'
Каждый из маrнитных потоков (рис. 2 8) ФI == ФI макс х
Х sin шt и ФII == ФН макс sin (шt + 'Ф) создает силы F эI и Р еН ,
кривые изменения которых смещены так же, как и маrнитные
потоки. В результате этоrо при уменьшении одноrо из потоков BTO
рой нарастает, не позволяя электромаrнитной силе понизиться до
нуля. Для устранения вибрации результирующая сила
Fрез Р е! + Рен == k1Фi sin 2 шt + kФfl sin 2 (шt +'1') (2 12a)
2*
35
должна в каждыЙ момент времени превышать F П' Наилуч шие резуль.
таты получаются при 'Ф === 900, и Ф] === ФIl; в этом случае F рез имеет
постоянное значение (см. 12 2a).
Аналоrичный результат достиrается при исп лнении обмотки
реле в виде двух сеКIlИЙ: 1 и 2, расположенных на двух полюсах
маrнитопровода (рис. 2 9, а).
2
а)
6J
Рве. 2.9. Принuип устройства э.пектромаrнит
HOI'O реле:: расщепленным маrНИТОПРОIЮДОМ.
а устроЙство реле; 6 векторная диаrраМ:vtа.
Обмотка 1 подключается непосредственно к источнику питания,
а обмотка 2 через конденсатор С. В результате токи 11 И 12 имеют
различные сдвиrи относительно напряжения и р на зажимах реле.
Построив векторную диаrра!\IМУ (рис. 2 9, б) токов и потоков, уста.
навли аем, что потоки ФI И ФlI- имеют сдвиr по фазе 'Ф. Следо а
'fелы-ю, результирующая электромаrнитная сила F рез === F э 1 + F э II
имеет такой же характер, как и на рис. 2 8.
24. ЭЛЕКТРОМАrНИТНЫЕ РЕЛЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
а) Токовые ре.ае
При включении обмотки электромаrнитноrо реле на ток сети
непосредственно или через трансформаторы тока ero электромаr.
нитный момент М э == kl . Такое реле называется токовым, так как
ero поведение зависит от тока сети 1 с.
Для уменьшения наrрузки на трансформатор ы тока токовые
реле должны Иi-..1fТЬ по возможности малое потребление мощности.
Обмотки токовых реле должны рассчитываться на длительное про.
хождение токов наrрузки и кратковременное токов к. з. Коэф
фициент возврата реле должен приближаться к единице.
Конструкция TOKOBoro реле типа ЭТ 520 показана на рис. 2 10
[Л. 10, 11]. Время действия этоrо реле имеет величину примерно
O,02 0,04 сек; ,потребление 0,1 ва на минимальнойуставке срабаты
вания; коэффициент возврата не менее 0,85. Ток срабатывания
реrулируется плавно изменением натяжения пружины. Обмотка
реле состоит из двух секций, что позволяет путем параллел bHoro и
36
последовательноrо включений секций изменять пределы реrулиро.
вания тока срабатывания в 4 раза.
На рис. 2.11 приведена конструкция HOBoro TOKoBoro реле с по.
перечным движением якоря типа РТ.40. В этом реле улучшена
контактная система и увеличен противодействующий момент, в pe
зультате последнеrо потребление мощности у Hero больше, чем
у реле ЭТ. Потребление РТ.40 на минимальной уставке для реле.
разной чувствительности колеблется от f
0,2 до 8 ва.. I
f 1
FI
F t
Э.С. Р ,
.60. I
б) Реле напряжения
Включая обмотку реле на напряже
ние сети непосредственно или через
трансформатор напряжения, получим
реле, реаrир ующее на величину напря
жения сети и с ,
Действительно, М э == k/ , но ток в
реле 1 р == Up/Z p , rде zp сопротивле.
иие обмотки реле; и р напряжение на
зажимах реле.
Следовательно, М Э ==== k' и или с уче.
том, что U р ==== U с/ п ю М э ==== k" и . Это
означает, что поведение реле определяется напряжением сети.
При движении якоря изменение воздушноrо зазора б не вызывает изменения
потока и силы F э ; в этом состоит важНое отличие реле напряжения от токовых
реле. Причина этоrо заключается в том, что при уменьшении б возрастает индук-
тивное сопротивление обмотки реле Х р == roL, вызывающее уменьщение тока
в реле 1 р == Upjx p ' Одновременно с этим уменьшается и СОПРО1'Ивление маrнитной
цепи реле R M . 1 Jри этом влияние изменения тока 1 р компенсируется соответствую-
щим изменением маrиитиоrо сопротивления R M . в результате чеrо маrнитный.
поток реле Ф == 1 pW p / RM остается неизменным.
Рис. 2-10. Токовое электромаrнитное реле
типа ЭТ-521.
Рис. 2-11. Токовое электромаr.
нитное реле типа РТ 40.
1
s
t1 z
Рис. 2-12. Диаrрамма элек.
тромаrнитных и механич
ских сил при срабатывании
и возврате реле напряжения.
I F э == f .(6) при и == и с ==
пост;; 2 F п == f (6);РЗ p ==
== f (6) при U р == и воз == пост.
- 37
Сопоставляя кривые F э ==11(8) и F п ==12(8) на рис. 2 12, леrко видеть, что коэф-
q:ициент возврата реле будет низким. Для повышения коэффициента возврата
обмотки реле напряжения делают с преобладанием активноrо сопротивления.
ИЗ lенение реактивноrо сопротивления при таких условиях не оказывает замет-
Horo влияния на величину тока, и последний остается неизменным.
Тоrда характер зависимости F 9 == 11 (8) будет соответствовать рис. 2-2, что
обеспечивает удовлетворительный коэффициент возврата,
Отечественные заводы изrотовляют реле типов ЭН 520 и РН-50,
конструкции их аналоrичпы изображеННЫl\f на рис. 2 10 и 2 11 COOT
ветственно.
2 5. ЭЛЕКТРОМАrНИТНЫЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЛЕ
,
а) Назначение реле и требования к ним
Промежуточные реле являются вспомоrательными и приме-
няются, коrда необходимо одновременно замыкать или размыкать
несколько независимых цепей ил и
Kor да требуется реле с l\iЮЩНЫМИ
контактами для замыкания и раз-
мыкания цепи с БОЛЬШИi\1 током.
Простейший пример использо-
вания промежуточноrо реле в схе-
мах защиты приведен на рис.
2-13, а в.
Промежуточные реле по спо-
собу включения' подразделяются на
реле пар а л л е л ь н о r о (рис.
2 13, а) и п о с л е Д о в а т е л ь
н о r о (рис. 2 13, б) включения.
Обмотки первых включаются на
полное напряжение источника пи-
тания, а вторых последовательно
с катушкой отключения выключа
теля или какоrо либо друrоrо
аппарата или реле на ток цепи.
Кроме Toro, выпускаются реле
с дополнительными. удерживающи-
ми катушками, например реле па..
Рис. 2-13. Схема включения про раллельноrо включения с удержи-
межуточных реле. вающей обмоткой, включаемой по..
следовательно в управляемую кон..
тактами реле цепь (рис. 2 13, в).
Такое реле, подействовав от крат..
KOBpeMeHHoro импульса, поданноrо
в параллельно включенную обмотку, остается в сработанном состоя..
нии под действием тока удерживания, пока не завершится операция.
Для одновременноrо замыкания нескольких не связанных друr
с друrом цепей промежуточные реле имеют несколько контактов.
+
+
+
НатIjШ1i/J
от/fЛЮЧРНUЯ
f}Ь/нлючатвлt'U
о)
+
ПIjСff АПВ
lfarПljшtiU отlfлючt't//JЯ
БЫffЛi() Ч!1 твля
б)
БХ
ПIjСН АП8
+
+
+
J
т
6)
а параллельное ВКJJючение; б по..
следовательиое включение; в парал-
.rтельное включение с удержнвающей
последовательно включенной катушкой.
38
-
Мощность контактов должна быть достаточной для замыкания
и размыкания цепей защиты (обычно. потребляющих 50 200 вт)
или 'цепей управления выключателей (1 500 2 000 вт).
Потребление обмоток реле параллельноrо включения стремятся
оrраничить дО З 6 вт, с тем чтобы их цепь Mor ли замыкать реле
с маломощными контактами.
Потребление обмоток реле последовательноrо включения выбирается из
словия мннимальноrо падения напряжения в сопротивлении об.:\ютки этоrо
реле, которое допускается не более 5 lO% нормальноrо напряжения ИСТОЧНИКа
оперативноrо тока.
Промежуточные реле должны наJlеж о действовать не только при нормальном
напряжении, но и при возможном в условиях эксплуатации ero понижении, до.
стиrающем 15 20%.
с учетом запаса напряжение срабатывания реле параллельноrо включения
принимается 60 70% номинальноrо значения.
К коэффициенту возврата промежуточных реле не предъявляется каких либо ....
требований, так как их возврат происходит при отсутствии тока в обмотке реле.
В схемах защиты промежуточные реле внdсят нежелательное
замедление, поэтому, за исключением особых случаев, их время
должно быть очень малым, особенно коrда они применяются' в быст.
родейств ующих защитах.
Быстродействующие промежуточные реле должны работать со
временем не более 0,01 0,02 сек. Время срабатывания оБЫЧНЬПl
промежуточных реле колеблется в зависимости от конструкции
от 0,02 до 0,1 сек.
б) КОНСТРУКЦИИ промежуточных реле [л. 10]
Большинство. промежуточных реле выполняется при ПО]\'ЮЩИ
системы с поворотным якорем, позволяющей создавать большую
9 8?
IJ
3 4
в
1 2
6)
.g
Рис. 2 14. Конструкция' ПрOl\Iежу
точных реле.
а типа РП 210; б типа кдр-з;
1 электромаrнит; 2 обмотка; 3
якорь; 4 подвижиый рычаr; 5 ос.ь
якоря; б изолирующая плаСТlша
7 подвижные контакты; 8 иеподвижные контакты; 9 упорные
пластины; 10 сопротивленне добавочное.
I
а)
якоря;
электромаrнитную силу при относительно малом потреблении и
удобной для изrотовления MHoroKoHTaKTHbIx реле. Применяются
также системы с втяrивающимся якорем. На РИС. 2.14 показаны
39
образцы промежуточных реле. Реле типа РП 210 (рис. 2-14 J а)
имеют четыре контакта. Время их срабатывания равно OJ0 1 сек,
потребление 5 8 вт, разрывная мощность контактов 50 Bfn. Шцрокое
распространение получили кодовые реле (КДР) (рис. 2 14, 6). Время
срабатывания ЭТIIХ реле равно OJO 1 + 0,02 сек, потребление обмотки
не более 3 вт.
Реле последовательноrо включения отличаются от реле парал-
лельноrо. включения лишь обмоточными данцыми.
в) Время действия промежуточных реле
"
При включении обмотки промежуточноrо реле на напряжение и р
ток в обмотке устанавливается не сразу. Он нарастает в течение
HeKoToporo времени от нуля до установив-
шеrося значения /р.у == Up/r p , как пока-
зано на рис.. 2 15.
Кривая нарастания тока в реле [П. 9]
выражается уравнением
Ир ( )
/p l e Т,
rp
rде Т == Lp/r р называется постоянной вре-
мени цепи обмотки реле.
Движение якоря начинается спустя
некоторое время t H , коrда ток в реле дo
CTarHeT значения / С.р' необходимоrо для действия реле (рис. 2-15).
Перемещение якоря из начальноrо положения в конечное,
пр и котором замыкаются контакты реле,' также требует HeKoтoporo
времени t д .
Таким образом, полное время действия реле t p складывается из
времени нарастания тока в обмотке якоря t H до значения / с.р и вре-
.мени движения якоря t д :
/
Рис. 2 15.Н(lрастанис TO
ка в обмотке промежу
T04Horo реле постоянноrо
rroKD при замыкании ее
u.епи.
t
(2 13)
fр==tн+f д .
(2 14)
Из диаrраммы на рис. 2 15 следует, что t H зависит от скорости
нарастания тока /р, которая определяется постоянной времени Т;
величины тока / с.р, определяемой силой ПРОТ lВодействующей пру -\
жины реле; величины установившеrося тока / р.у'
Составляющая t д зависит от величины 'хода якоря и скорости
ero перемещения.
Абсолютное значение t д невелико (составляет тысячные доли
секунды), поэтому у реле постоянноrо тока время действия прак-
тически определяется t H . .
Для получения быстродействующих про:межуточных реле нужно
уменьшать Т, ослаблять противодействующую пружину реле и
увеличивать кратность тока k == / р.у/ / с.р'
. При включении р ле в ero сердечнике появляются вихревые
токи, замедляющие нарастание маrнитноrо потока и увеличиваю-
40
/"
щие, таким образом, время t H . Поэтому у быстродеЙствующих
реле маrнитная система выполняется из шихтованноЙ стали.
. Уменьшение t д в быстродействующих реле достиrается в OCHOB
'ном путем облеrчения подвижной системы и уменьшения трения.
К числу быстродействующих реле, ПРИl\леняемых в отечествен
ных защитах, относятся реле типа РП.210, кодовые реле КДР-l
11 реле iV\.KY; их время действия t p == 0,01 сек.
r) Промежуточиые реле постоянноrо тока замедленноrо
действия
в ряде случаев в схемах защиты и автоматики требуются про-
ме)куточные реле, замыкаЮlцие или размыкающие своп контакты
с . некоторым замедлением. Заilледление в таких реле получается
за счет повышения составля'юшей t H (2 14) путе ..I увеличения посто-
янной времени Т об >10ТКИ. '
Замедленное действие реле при втяrивании якоря достиrается
размerцением на маrнитопроводе короткозамкнутой оБJ\'ЮТКИ 2,
выполняемой в виде медноЙ цилиндрической rильзы, поверх KOTO
рой наматывается основная обмотка 1
(рис. 2 16), или в виде медных шайб. .
При включении обмотки 1 на на.
пряжение U р маrнитный поток Фl
в маrнитопроводе реле устанавли
вается не сразу.
В момент включения в об1\,ютке 2
возникает ток 12' создающий I\Iаrнит.
ный поток Ф2J который противодей-
ствует нарастанию тока в обмотке 1.
В результате этоrо скорость нараста-
ния тока в обмотке реле уменьшается
(р.ис.' 2-17), а время t H увеличивается.
Для увеличения времени дейстВия реле
необходимо располаrать обмотки 1 и 2 KOH
центрически так, чтобы весь маrиитиый Поток Ф2 обмотки 2 пронизывал o
мотку 1, и увеличивать маrнитный поток обмотки 2. Для этоrо следует увели
чнвать сечение медноЙ rильзы (отчеrо возрастает ток 12) и уменьшать сопротивле
ине маrиитопровода реле.
Практически выдержка вреI\'Iени на втяrивание якоря в проме.
жуточных реле с короткоза1\>IКНУТОЙ обмоткой относительно неве.
.лика и не превосходит 0,5 сек.
Замедленное действие при отпадании якоря также может быть
получено при помощи короткозамкнутой обмотки 2 (рис. 2-16).
В момент отключения тока в обмотке 1 маrнитный поток Фl на-
чинает затухать. (рис. 2-18). При этом в обмотке 2 возникает ток 12'
создающий маrнитныЙ поток Ф2' который противодеЙствует исчез
новению п отока Фl' и поэтому совпадает с ним по направлеНИЮ. 1
1 В этом случае ток '2 И поток Ф2 напр'авлеиы противоположно показанному
на рис. 2-16.
Ф2
Рис. 2 16. ,Принuип усrройства
промежуточноrо реле замедлен-
Horo действия.
41
Таким 09'» азом, несмотря на прекращение тока 11, В маr ито
ПрОЕоде реле ПРОДQлжает существ вать .СУМl\laрНЫЙ поток Ф р =::
ф == Ф 1 + Ф2' поддерживаемый в ос-
новном током 12'
Ток 12' а вместе с ним поток Ф 2
и, следовательно, ПО'Dок Ф р посте
пенно затухают (рис. 2 18).
При отсутствии обмотки 2 зату-
хание потока в маrнитопроводе Ф р
происходило бы значительно бы
стрее, так как в этом. случае он
поддерживался бы только вихре
выми токами, возникающими в
стали маrнитопровода, влияние ко-
торых незначительно.
Чем больше постоянная вре-
мени короткозамкнутой обмотки
Т 2 == L 2 /'2' тем медленнее будет
спадать маrнитный поток Ф2' Через
время t маrнитный поток Ф р сни-
зится до величины Фвоз; при этом
сила пружины превзойдет электро-
маrнитную силу и якорь реле нач-
нет отходить. Спустя время t он
переместится в конечное положение. Т аким образом, полное
время отпадания реле равно t + t , при этом t < t .
Увеличение t достиrается уменьшением Ф воз , увеличением
начальноrо значения Ф 1 == Ф р . у (рис. 2 18) и снижением скорости
затухания Ф2; для последнеrо необ-
ХОДИl\Ю повышать постоянную вре-
мени короткозамкнутой обмотки Т 2'
Практически для увеличения вре-
мени замедления на отпадание якоря
реле следует уменьшать зазор (при
втянутом якоре), увеличивать раз-
меры rильзы, намаrничивающую силу
обмотки 1 и ослаблять противодей-
ствующую пружину (рис. 2 16).
Отечественные заводы изrотовляют
реле типов РП 250, KДP 3, РЭВ 81,
РЭВ-810, РЭВ 880, имеющие замед-
ленный возврат. '
Замедление с помощью. контура С и r. Замедление при размыка
нии цепи промежуточных реле может достиrаться при помощи схем,
состоящих из активноrо сопротивления r и конденсатора С, как
показано на рис. 2 19, а, б. В схеме на рис. 2 19, а конденсатор С
разряжается на обмотку П при размыкании контактов K 1 , блаrо
t
......................
Рис. 2 17. Изменение тока в об-
мотке промежуточноrо реле по-
стоянноrо тока замедленноrо .пей-
ствия.
1 результирующий маrнитиый ПОТОК
в маrнитопроводе при иаличии корот-
козамкнутоrо витка; 2 маrиитный
поток основной обмотки реле; 3 Mar
иитиый поток короткозамкнутоrо вит-
ка; 4 маrнитныfi поток в маrиИто
проводе при отсутствии короткозамк-
HYToro витка; 5 маrнитный поток.
необходимый для срабатывания реле.
42
ф
t
t'
/:i
Рис. 2 18. Затухание маrнитных
потоков в маrнитопроводе про
межуточноrо реле замедленноrо
действия при размыкании цепи
ero об:vютки.
даря чему вреМЯ отхода якоря увеличивается. Сопротивление r
оrраничивает ток через конденсатор в момент включения реле п.
При замыкании контактов К 1 на обмотку реле П цодается полное
напряжение, и поэтому нарастание тока в ней определяется только
ее параметрами.
В схеме на рис. 2 19, б действие реле замедляется как при замы.
кании, так и при размыкании цепи обмотки реле П. В l\Юi\1ент
замыкания контактов Кl происходит заряд
конденсатор а С. В нем появляется ток 1 с,
создающий повышенное падение напряже.
ния на сопротивлении '. Вследствие этоrо
напр яжение на зажимах обмотки реле П
уменьшается: ИЛ :== И (1 с + 1 п) " rде
И напряжение источника питания; И-П
напряжение на обмотке реле П; 1 с и 1 п
токи в конденсаторе и ,обмотке реле. Про.
порционально этому уменьшается и, ток в
обмотке П.
По окончании заряда конденсатора про. Рис. 2.19. Схемы замедле
хождение тока 1 с прекратится и на об. ния промежуточных реле.
мотке Р еле П У становится но р мальное Ha п обмотка промежуточ
Horo реле; К! контакты
пряжение И п :== И 1 пr. При размыка. промежуточноrо реле.
нии контактов Кl конденсатор С разря
жается на обмотку реле П, удерживая реле в сработанном состоя
нии до тех пор, пока ток в обмотке не снизится до значения 1 ВОЗ'
Чем больше емкость С, тем больше замедлится действие реле.
Недостатком замедленных реле явл'яется значительный разброс
их времени действия, в частности за счет колебания уровня напря
жения источника оперативноrо тока.
Указательные реле служат для фиксации действия защиты в це.
лом или каких либо ее элементов. На рис. 2.20 показано указатель.
Сuzнал Си2нал ное реле 1, сиrнализи
. рующее действие защиты
на отключение выклю.
чателя. при срабатыва-
нии защиты по обмотке
реле 1 проходит ток,
приводящий реле 1 в
действие.
Ввиду кратковремен-
ности прохождения тока
в обмотке указательных
реле они выполняются так, что сиrнальный флажок и контакты
реле остаются в ср аботанном состоянии до тех пор, пока их не
возвратит на место обслуживающий персонал.
..
2.6. УКАЗАТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ
+
+.
ffO
Щ а щ а
а) б)
Рис. 2 20. Схемы ВКлючеНИЯ указательных реле.
а последовательноrо; б... параллеЛЬН0r().
О)
/(, ,. п
б)
43
Указанные реле изrотовляются для' последовательноrо
(рис. 2 20, а) и параллельноrо (рис. 2-20, 6) включения. Реле после-
а) Назначение и основные требования
Реле времени служит для искусственноrо замедления действия
устройств релейной заrциты и электроавтоматики.
На схеме рис. 2-22 показано применение реле времени в защите.
При замыкании контактов TOKoBoro реле 1 плюс оперативноrо тока
подводится к обмотке реле времени 2, которое спустя определенныЙ
интервал времени замыкает контакты
и производит отключение выключа-
теля. Время, проходящее с момента
подачи напряжения на обмотку реле
времени до замыкания ero контак.
тов, называется в ы де Р ж к о й
в р е м е н и р е л е.
Основным требованием, предъяв-
ляемым к реле времени, применяе-
мым в схемах релейной заrциты, яв.
ляется точность. Поrрешность во времени действия реле не дол-
жна превосходить I 0 ,25 сек, а в ряде случаев + 0,06 сек. В схе-
мах сиrнализации и некоторых устройствах автоматики допускается
меньшая точность работы реле времени.
Реле времени должно надежно срабатывать начиная с 80 %.
номинальноrо напряжения, и ero выдержка времени не должна
зависеть от возможных в эксплуатации колебаний оперативноrо
напряжения. Потребление обмотки современных реле времени
колеблется от 20 до 30 8tn.
3
4 J 5
2
10
%
! 8
Рис. 2.2].. Конструкция указательноrо реле
типа ру -21. .
1 цоколь; 2 кожух; 3 катушка; 4 сер-
дечник; 5 якорь; 6 контактный мостик;
7 KOHT8KTtlbIe пластинЫ; 8 возвратная пру-
жина; 9 флажок; 1 О киопка возврата; 11
скоба.
2-7. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ
44
довательноrо включения
более удобны и поэтому
имеют весьма широкое при-
менение. Обrций вид ука.
зательноrо реле типа РУ -21
приведен на рис. 2-21.
При появлении тока в
обмотке 3 якорь реле 5
притяrивается и освобож-
дает флажок 9. Последний
падает под деЙствием соб-
cTBeHHoro веса; принимая
вертикальное положени
В этом положении флажок
виден через прозрачный ко.
жух 2. Возврат флажка в
начальное положение про-
изводится кнопкой 10.
/(0
f
Пljс/ш8Df
реле
Рис. 2-22. Схема включения
ле времени.
pe
Для быстрой rотовности к повторному действию реле времени
должно иметь мrновенный возврат после отключения ero катушки
от источника оперативноrо тока.
б) Конструкции реле времени
Реле времени имеют MHoro конструктивных разновидностей,
но принципы их устроЙства однородны и MorYT быть рассмотрены
на примере конструкции, изображенной на рис. 2 23.
При появлении тока в обмотке 1 якорь 2 MrHOBeHHO втяrивается,
освобождая рычаr 4 с зубчатым cerMeHTOM 5. Под действием ведущей
пр ужины б рычаr 4 приходит в
движение, . которое, однако, не
является свободным, так как
оно заыедляется спеuиаЛЬНЫI\;I
устройством выдержки BpeMe
ни 7. Через некоторое время t p ,
зависящее от расстояния l (или
уrла а) и СI(ОРОСТИ движения Ш р
рычаrа 4, последний переме м
стится на уrол а и замкнет конм
такты реле 8. ТаКШiЛ образом,. Рис. 2 23. Принuип устроЙств& реле
реле сработает с выдержкоЙ времени.
времени t p == а/ Ш р '
Устройство выдержки времени может выполняться различными
способами; в современных отечественных конструкuиях оно осуще м
ствляется с помощью часовоrо механизма, основным элементом
KOToporo является анкерное устроЙство.
При исчезновении тока реле якорь и рычаr 4 должны MrHoM
венно возвратиться в начальное положение I:IОД действием возвратм
ной пружины 3. Это обеспечивается
с помощью храповоrо механизма или
фрикционноrо устройства, обладаю..
щих свободным расцеплением при
обратном ходе cerMeHTa 5.
Реrулирование выдержки времени
Рис. 2 24. Термически устойqи осуществляется изменением yr ла а
вое реле времени. путем перемещения контактов реле 8.
В некоторых конструкциях преду..
сматривается мrновенный контакт 9, позволяющий замыкать цепь
с малой, обычно нереrулируемой выдержкой времени (порядка
О, 15 0,2 сек).
Для уменьшения размеров реле. катушка реле времени не рас..
считывается на длительное прохождение тока. Поэтому реле, пред..
назначаемые для длительноrо включения под напряжение, вы пол..
няются С добавочным сопротивлением r Д' включаемым последова м
трльно с обмоткой реле, как показано на рис. 2 24. Нормально сопро
тивление r д зашунтировано размыкающимся MrHOBeHHbIM J<.OHTaKTOM
+
т
.q;}
реле. После срабатывания реле этот контакт размыкается и. сопро
тивление r д вводится в цепь реле, оrраничивая проходящий В ней
ток до величины, допустимой по условиям наrревз и достаточной
для удер2Кания реле в сработанном состоянии.
а)
б)
14Б f48 (4[
(j)
Рис. 2 25. Кинематическая схема реле в ремени типа
ЭВ-II0 (ЭВ-130) Чебоксарскоrо электроаппаратноrо за
вода.
1 обмотка; 2 маrнитопровоД; 3 --- якорь; 4 --- возвратная
пружина; Б поводок: 6 подвижный мrновенный контакт;
7 и 8 неПОДвижиые MrHoBeHHbIe контакты; 9 --- палец: 10---
вубчатый сектор; 11 ведущая пруЖllна; 12 --- скоба для изме
иения натяжения пружины; 13 зубчатое колесо; 14 --- фриt<
ционное сцепление (14А --- звездочка; 14Б --- шарнк; 14В---
пружина; 14Т --: обойма;); 15 --- ведущее зубч.атое колесо; 16 ---
rrрибка часовоrо механизма; 17 и 18 --- промежуточные зуБЧ<l
тые колеса часовоrо механизма; 19 --- анкерное зубч.атое KO
.песо; 20 --- анкерная скоба; 21 --- rрузики; 22 --- подвижный
контакт; 23 --- неподвижныfi контакт; 24 --- шкала.
Отечественные заводы выпускают реле постоянноrо тока типов
ЭВ 110, ЭВ 120, ЭВ 130, ЭВ.140 и переменноrо тока ЭВ 210, ЭВ 220,
Э8.230, ЭВ 240 [л. 10]. Устройство этих реле показано на рис. 2 25,a.
В этой конструкции роль рычаrа 4 (рис. 2.23) выполняет сектор
10, приводимый в движение ведущей пружиной 11. Сектор 10
через ведущую шестеренку 13 приводит в движение подвижный
контакт реле 22 и фрикционное сцепление 14, показзнное отдельно
46
\
на рис. 2 25t б и в. Фрикционное сцепление связывает подвижную
систему реле с часовым механизмом. Через шестеренки 15, 16, 17
и 18 движение передается на анкерное колесо 19. Скорость вращения
последнеrо оrраничивается колебательным движением анкерной
скобы 20, KqTopoe зависит от ее момента инерции, опредеJIяемоrо
rрузиками 21. Выдер)кка вре\rени изменяется положением непод
вижноrо контакта 23.
Реле времени ЭВ 133 выполняются термически устойчивыми
по схеме на рис. 2 24.
Кроме paCCl\IOTpeHH Ix электромаrнитных реле времени, приме-
няются реле времени, выполняемые с помощью синхронных микро-
двиrателей, и реле с контуром из емкости и активноrо сопротивле
ния (СМ. 4 8 и 11-17, в).
2 8. ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ РЕЛЕ
Поляризованные реле являются разновидностью электромаr-
нитных конструкций. В отличие 'от рассмотренных выше электро-
маrниТНЫХ реле якорь поляризованноrо реле находится под воздей-
ствием двух маrнитных потоков, из которых один создается током,
питающим обмотку реле, а второй постоянным маrнитом. Mar
нитный поток обмотки называется рабочим, а постоянноrо маrнита
поляризующим. Поляризованные реле ВрIПолняются в двух вариа н-
тах: с дифференциальной маrнитной системой и мостовой.
Обе конструкции состоят из сердечника 1, обмотки 2, постоянноrо
маrнита 3, якоря 4 и контактной системы 5 (рис. 2-26).
Рассмотрим принцип действия реле на примере более простой
дифференциальной системы {рис. 2 26). Поляризующий маrнитный
поток Ф П постоянноrо маrнита выходит из ceBepHoro полюса N и
разветвляется на две части Ф Па И Ф об , замыкающиеся через воздуш-
ные зазоры ба и бб И соответствующие половины сердечника 1.
Обмотка 2, обтекаемая током I р, создает рабочий маrнитный по-
ток Ф р , который замыкается по сердечнику 1.
Для простоты рассмотрения часть маrнитноrо потока, ответв-
ляющаяся через якорь, не учитывается. В ВОЗДУШНQМ зазоре ба
маrнитные потоки Ф П И Ф р суммируются, а в бб вычитаются, образуя
результирующие маrнитные потоки:
Фа Фоа+Фр И Фб==ФПб ФР' (2 15)
Под воздействием маrнитноrо потока Фа якорь притяrивается
к левому полюсу а с силой F а == kФ . Силе F а противодействует
сила F б == kФа, стремящаяся притянуть якорь к правому полюсу б.
При определенном токе Ip I c . p маrнитный поток Фа CTaHO
вится больше маrнитноrо потока Ф б , сила F а > F б И якорь реле
отклоняется влево, к полюсу а.
При изменении направления тока I р потоК Ф р также меняет свое
направление, вследствие чеrо в зазоре ба возникает разность маrнит-
ных потоков, а в зазоре бб их сумма. Тоrда при I р ;:::. 1 с.р потон.
47
Ф б > Фа, сила F б > F а и якорь реле отклоняется вправо. Таким
образом, блаrодаря наличию поляризующеrо потока реле CTaHO
пится направленным и реаrирует не только на величину тока, но
и на ero направление (полярность).
Аналоrичным образом работает реле и с мостовой маrнитной
системой, приведенное на рис. 2-26, 6.
Ф р Фп
S
Ip
2
ifp
а;
a6
О
J
'О
tf
D
4
б)
6)
Рис. 2 26. ПРИНI.I.ИП устройства поляризованных реле.
а с дифференциальной маrнитной системой; 6" с мостовой маrннтиой. снсте ой;
в «нейтральная» реrулнровка контактов.
При питании реле переменным током якорь реле вибрирует,
следуя за изменением направления тока. По этой причине поляри
зованные реле не приrодны для работы на переменном токе.
Поляризованные реле MorYT выполняться с односторонним и двусторонним
действием, с фиксацией и без фиксации начальноrо положения якоря. Реле 'OДH O-
CTopoIIHero действия с фиксацией начальноrо .положения якоря показано на
рис. 2-26, а, б. У 3Toro реле упоры 6, оrраничивающие ход якоря, устанаБлива
ются так, чтобы при любом положеНИи якоря преобладало влияние одноrо из
полюсов, например правоrо б. Для этой цели зазор ба взят больше Об' Тоrда при
отсутствии тока / р поляризующий маrнитный поток Ф пб > Ф па , соответственно
сила F б > F а и якорь реле прижимается к правому упору под действием п р е -
о б л а Д а ю щей с и л ы F О' При появлении / р > / с.р якорь отклоняется
плево, uзамыкая контакты реле. после исчезновения тока / р якорь возвращается
под деиствием поляризующеrо поля в начальное положение.
Такая реrулировка называется настройкоЙ с «п р е о б л а Д а н и е MI>.
Реле подобноrо типа наиболее часто применяется в схемах защиты.
Если упоры 6 расположить симметрично по отношению к среднему положению
якоря в зазоре (рис. 2 26, в). то такая реrулировка называ тся н е й т р а л ь -
н ой. в зависимости от направления / р якорь отклоняетСя вправо или влево,
замыкая соответствующие контакты реле. При исчезновении / р якорь остается
в том положении, в каком он находился при действии /р' Следовательно, такое
реле работает как реле двустороннеrо действия, но не имеет фиксированноrо
начальноrо положения якоря.
Поляризованные реле обладают важными преимуществами,
к которым следует отнести: 1) высокую чувствительность и малое
потребление, достиrающее при минимальном токе срабатывания
'48
и зазоре между контактами около 0,5 ММ, примерно 0,005 вт;
2) высокую кратность тока термической устойчивости, равную
(20 -7 50) I с..р. МИНt у обычных электромаrнитных реле термическая
кратность не превышает 1,5 1 С.р. мин; 3) быстроту действия, которая
достиrает 0,005 сек.
Недостатками поляризованных реле ЯВЛЯЮТСЯ: . малая мощность
контактов; небольшой зазор между ними, от 0,1 до 0,5 мм и отно-
сительно невысокий коэффициент возврата.
Поляризованные реле применяются в схемах релейной защиты
как вспомоrательные реле постоянноrо тока при необходимости
быстродействия и ВЫСОК9Й чувствительности, а также в качестве
реаrирующих opraHOB в схемах реле на выпрямленном токе.
<ч, На рис. 2 27 показан ПРИНЦИП выполнения индукционных реле.
Реле состоит ИЗ ПОДВИЖНОЙ системы 3, расположенной в поле двух
. маrнитных потоков ФI И ФII' Mar-
I нитные потоки создаются токами,
проходящими по обмоткам непо-
движных электромаrнитов 1 и 2.
Подвижная система выполняется в
виде медно'f'О или алюминиевоrо
диска или цилиндра (барабанчика),
закрепленноrо на оси, которая мо-
жет вращаться. При вращении
против часовой стрелки подвиж-
ная система преодолевает момент
пружины 5 И замыкает контакты 4.
Обмотки реле 1 и 2 питаются
переменными (синусоидальными)
токами J 1 И 12' которые создают
переменные маrнитные потоки ФI
И ФII, показанные на рис. 2 27..
Пренебреrая потерями на намаrни
чивание, считают, ч.то потоки Фr
I
и Ф I I совпадают по фазе с создаю
щим их током, как изображено на
векторной диаrрамме (рис. 2 28). ,
Прониз.ывая подвижную систе-
му 3, маrнитный поток ФI наводит
.. . ....... . dФI Рис. 2-27. Принцип устройства ИН
В неи э. Д. с. Е Дl === dt ., анало- дукционноrо реле.
Ф . dФII
rично поток 1[ СОЗДает э. д. с. Е д2 == . Сот ласно закону
ИНДУКЦИИ наведенные э. д. с. отстают по фазе на 90() от вызвавших
2-9. ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ
а) Принцип действия
Ф[
ФЛ
2
1,
100
(!)I
J
v4
49
их маrнитных потоков (рис. 2-28). Под действием э.. д. с. Е Д1 И Е Д2
В подвижной системе возникают вихревые токи 1 дl И 1 д2, замыкаю-
щиеся BOKpyr оси индуктирующеrо их маrнитноrо потока. П о л о -
ж и т е л ь н' ы е направления 1 дl И 1 д2, определенные с помощью
правила «буравчика» по п о л о ж и т е л ь н о м у направлению
потоков Фr и ФII, показаны на рис. 2-27. Вследствие малой ве-
личины индуктивноrо сопротивления контура вихревых токов они
принимаются совпадающими по фазе с соответствующей э. д. с.
(рис. 2 28).
Из теории электротехники известно, что между маrнитным
потоком и током, находящимся в ero поле, возникают электромаr-
нитные силы взаимодействия. В рассматри-
ваемой конструкции ц-озникают две силы: Р 91 ,
обусловленная взаимодействием маrнитноrо
потока Ф r fI тока 1 д2, И F 92, вызванная взаимо-
действием Фrr с 1 дl (рис. 2-27).
Как известно, сила взаимодействия между
маrнитным потоком и контуром тока, индук-
тированноrо этим потоком, равна нулю, при
условии что маrнитный поток создает равно-
мерное маrнитное поле. В индукционных
реле это условие выполняется, и поэтому.
силы взаимодействия между Фr и 1 дl И Фrr
и 1 д2 отсутствуют. Направление сил F 91 И F 92
для положительноrо значения потоков и то-
ков, определяется по правилу «левой руки»
I
и показано на ри.с. 2-27. Можно доказать,
что MrHoBeHHoe значение сил F 91 И F 92 меняет свой знак в течение
периода Т == 1/f 4 раза, поэтому поведение реле (вращение по-
движной системы) зависит от знака среднеrо значения сил F 91 И F 92'
3 нак и направление каждой силы определяется yr лом сдвиrа фаз
между маrнитным потоком и взаимодействующим с ним током 1 Д'
Силы F 91 И F 92 образуют результирующую электромаrнитную силу
F э , равную их алrебраической сумме Р9 == Р 91 + Р 92 .
Результирующая сила F 9 создает вращающий момент М 9 == F 9d,
rде d плечо силы F 9' Электромаrнитная сила и момент (Р 9 и М 9)
приводят в движение подвижную систему 3, которая в зависимости
от знака М9 замыкает или размыкает контакты реле 4.
Из сказанноrо следует, что принцип работы индукционных реле
основан на взаимодействии двух маенитных потоков с вихревыми
токами} индуктируемыми в подвижн й системе реле.
Фи
Ф]
'а,
fo,t
Рис. 2 28. Векторная
Диаrрамма э. д. С., TO
ков И маrнитных по
токов индукционноrо
реле.
б) Электромаrнитная сила и ее момент
Величина и знак электромаrнитной силы F 9 выражаются через
маrнитные потоки Фr и Фrr, уrол сдвиrа фаз между ними 'ф и частоту
переменноrо тока t уравнением
Fз==k'fФrФll sin 'Ф. (2-16)
50
Соответственно электромаrн итный момент
М&==Fеd==k"fФIФII s-in 'Ф==kФrФII sin '1'.
Вывод уравнений (2 16) и (2 17) приводится ниже.
Среднее значение силы взаимодействия между маrнитным потоком Ф и током
1, нахоДЯЩИМСЯ в поле этоrо потока: .
Ре == kФI cos 6, (2 18)
(2 17)
rДе 6 уrол сдвиrа фаз между потоком Ф и током 1. Отсюда среднее значение
силы:
Р а1 == k 1 Ф 1 I д2 cos 61'
Р&2 == k 2 Ф II 1 д1 cos 62.
(2 19)
(2 20)
Как видно из векторной диаrраммы (рис. 2-28), 61 == 90 'Ф, 62 == 90 + 'Ф.
в соответствии с этим cos 61 == sin 'Ф, а cos 62 == -:--- sin 'Ф.
Сделав ,соответствующую замену в выражениях (2-19) и (2-20), найдем сред-
нее значение результирующей электромаrнитной силы, действующей на подвиж-
ную систему реле:
Ре == Р а1 + Р е2 == k 1 Ф I / 2д sin'i' + k 2 Ф ll / 1Д sin "'.
С учетом, что 1 = Ф 1 И 1 = Ф II '
Дl д2
Р9 == k'ФIФII sin "',
(2 21 )
м 9 == kФI ФII sin "',
(2 22)
(2:23)
а
rДе k' == k 1 + ; k == k'd постоянные величины, зависящие от размеров и
материала (сопротивления ') диска, расположения полюсов относительно оси
писка (плечо d) и частоты тока f.
Анализируя выIажениеe электромаrнитноrо момента (2-17), можно
установить следующее:
1. Для получения электромаrнитноrо момента конструкция
реле должна обеспечивать создание не менее двух переменных Mar-
нитных потоков (ФI И ФII), пронизывающих подвижную систему
в разных точках и сдвинутых по фазе на уrол '1' =1= о.
2. Величина момента М в пропорциональна амплитудам маrнит
ных потоков Ф 1 И Ф II И их частоте f и .зависит от сдвиrа фаз 'Ф
между потоками.
Реле имеет наибольший МО.мент при сдвисе фаз /vtaснитНblХ
потоков на 90°. При '1' == о реле не может работать, так как Ма == О.
3. Знак момента зависит от sin '1'. Иначе rоворя, он зависит от
сдвиrа фаз '1' между маrнитными потоками Ф 1 И Ф 11 или создаю
щими их токами 11 и 12. При значениях '1' в пределах от О до 1800
момент М s положителен, при этом маrнитный поток ФII опережает
поток Ф 1, а сила F 9 направлена от оси опережающеrо маrнитноrо
потока ФII к оси отстающеrо ФI. При 'Ф в пределах от 1800 до
3600 момент М& отрицателен. В этом случае поток ФII отстает от ФI,
а сила Ра направлена в обратную сторону от оси ФI К оси ФII.
Таким образом, результирующая сила F & всееда направлена от оси
опережающесо к оси отсmающесо маснитносо потока.
51
4. На индукционном принципе MorYT выполняться только реле
переl\lенноrо тока. Это объясняется тем, что токи в диске или ци
линдре индуктируются при условии, что электромаrниты питаются
переМенным током. Индукционный принцип получил весьма широ-
кое распространение. На этом принципе выполняются реле тока,
направления мощности и l\1ноrие друrие виды реле.
2 10. ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ ТОКА И НАПРЯ)КЕНИЯ
а) Реле с короткозамкнутыми витками (экранами)
Реле (рис. 2 29) имеет электромаrнит 1, охватывающий своими
полюсами укрепленный на оси диск 2. На верхнем и нижнем полю
сах электромаrнита Haca
жены короткозамкнутые
медные витки 3, OXBaTЫ
вающие часть сечения по
люсов. Токи В обмотке
реле 1 р и короткозамкну
том витке 1 к создают Mar.
нитные потоки Фр и фк,
/р положительные направле-
ния которых показаны на
рис. 2-29. Из-под сечения
полюса 1, охваченноrо ко.
роткозамкнутым витком,
выходит. результирующий
маrнитный поток Ф I ==
== ФРl + ФКl. Из-под вто"
рой части полюса (сечение
1 1) выходит маrнитный по..
ток Фil == ФР2 ФК2' Оба
маrнитных потока прони..
зывают диск, индуктируя
в lieM вихревые токи.
Векторная диаrрамма
потоков показана на рис.
2 29, в. Она строится так
же, кан: и для электромаr.
нитных реле с коротко-
замкнутым витком (рис.
2 7).
Векторная диаrрамма
показывает, что маrнитные
потоки Ф 1 И Ф 1 1 сдвинуты
по фазе на уrол ф, причем
Ф 11 опережает Ф 1. Следа..
!
ф
Ф,'<2
а)
if}=Фpf +ФКf
Фи = ipЕФк 2
!
Ф р
ФК2
Ф Л
2
о}
'--/(
С)
Рис. 2 29. Принuип устройства индукuион-
Horo реле тока или напряжения с KOpOTKO
замкнутыми витками.
Q Н б ПрННLLИП УСТРCJйства; 8 векторная дна-
[рамма.
52
вательно, конструкция с короткозамкнутым витком обеспечивает
создание двух сдвинутых по фазе и смещенных в пространстве
маrнитных потоков за счет расщепления на две составляющие
маrнитноrо потока, создаваемоrо обмоткой реле. Взаимодействие
маrнитных потоков Ф I И Ф 1 1 С индуктированными в диске токами
создает электромаrнитную силу F э и действующий на диск момент
Мэ==Fэd==kФIФII sin 'Ф. (2 24)
Поскольку оба маrнитных потока пропорциональны току 1 р
и уrол 'Ф при изменении тока 1 р остается неизменным, выраже
нне (2 24) можно представить в виде
М э == k' l . (2 25)
При питании обмотки реле током сети 1 с ток 1 р пропорционален
последнему. Поэтому момент реле М" == klg, и, следовательно, реле
является токовым. Если же обмотку реле выполнить с большим
сопротивлением н питать напряжением сети и с7 то ток в обl\,ютке
реле 1 р == uс/п н .Zp' rДе п н коэффициент трансформации TpaHC
форматора напря)кения; Zp сопротивление обмотки реле.
Отсюда
М э == kug. (2 26)
Поведение реле определяется напряжениеI\I сети U с; следова
тельно, такое реле является реле напряжения.
б) Время действия индукционных реле
Конструкция индукционных реле позволяет выполнять их с BЫ
держкой времени без применения специальных часовых механизмов.
Время деЙствия индукционноrо реле зависит от уrла а, на который
должен повернуться диск для замыкания контактов К реле, и уrло
вой скорости движения диска Шр (рис... 2 30, а). Если допустить,
что скорость постоянна, то t p == а/ Шр. .
Движение диска происходит под влиянием избыточноrо момента
М вр == lИ" М с, представляющеrо собой разность элеКТРОl\'Iarнит
Horo момента и ПРОТИБодействующеrо ему момента сопротивления 1\1 С.
Момент вращения преодолевает момент инерции подвижной си-
стемы J dd ' сообщая ей ускорение d(j)/dt;
dw
М вр == J dt. (2 27)
Составляющие f\/юмента сопротивления i\.1 c показаны на
рис. 2 30, а. Чем больше избыточныЙ момент М вр , тем больше CKO
рость вращения диска Шр. С увеличением тока 1 р в обмотке реле
избыточный момент возрастает за счет увеличения электромаrнит
Horo момента, который пропорционален l . В результате этоrо воз-
растает скорость Шр и соответственно уменьшается время действия
реле t p . .
h'
и"
Таким образом, время действия индукционноrо реле является
функцией тока: с увеличением тока время t p уменьшается. Такая
характеристика времени действия реле называется зависимой и
изображена кривой 1 на рис. 2 30, 6. На практике часто приме
няются токовые реле с оrраниченно зависимой характеристикой
выдержки времени, имеющей вид кривой 2 на рис. 2 30, 6. Особен
'ность этой характеристики состоит в том, что, начиная с HeKOToporo
значения тока в реле, время действия реле остается неизменным,
т. е. не зависящим от тока. Эта часть характеристики называется
незаВИСИl\ЮЙ.
Для получения оrраниченно зависимой характеристики пара
метры реле подбираются так, чтобы при токах, соответствующих
V (
/р
t
<> 0--....
f(
[с.р
6)
а}
Рис. 2-30. Моменты, действующие на диск индукщюнноrо реле при
ero вращении (а), и характеристика реле t == f (/р) (6); М п момент
пружины; М Т момент трения; ММ момент от токов «резания», Ha
веденных потоком Фм постоянноrо маrнита;М т . Эо момент от токов
«резания», наводимых потоками Фr и ФII'
независимоЙ части характеристики, маrнитопровод реле насыщался.
При насыщении маrнитопровода увеличение тока I р не вызывает
увеличения маrнитных потоков Фr и ФII, В результате чеrо избыточ
ныЙ момент и обусловленные им скорость в ращения диска и вы-
держка времени реле остаются неизменными.
Для повышения выдержки времени индукционных реле устанавливается по
стоянный маrнит М, охватывающий своими полюсами диск (рис. 2-30, а). При
вращении диск пересекает силовые линии MarH THoro потока Фм постояпноrо
маrнита, в результате чеrо в нем наводятся токи «резания». От их взаимодействия
с маrнитным потоком Фм возникает момент
j\1M == kФ юр, (2-28)
противодействующий движению диска. MO!"leHT ММ уменьшает избыточный момент
за счет чеrо уменьшается скорость Юр и возрастает выдержка времени ' р '
Аналоrичное влияние на вращение диска оказывают момеНтЫ Л1т. 1 и М Т ,Э2
от токов «резания», наводимых основными маrнитными потоками Ф I И Ф 11' Сум-
марный момент
М Т . э == М Т . &1 + М Т . 2' (2 29)
Моменты ММ и М т . 9 не влияют на условия срабатывания реле, так как в непод-
вижном диске токов «резания» не возникает, и поэтому моменты ММ и М Т . Э от-
сутствуют.
54
Время действия индукционных реле обычно реrулируется изме-
нением расстояния между подвижным и неподвижным контактами К.
Индукционные реле MrHoBeHHoro действия выполняются без по-
стоянных маrнитов и с минимальным ходом ПОДВИ)l{НОЙ системы.
Кроме Toro, для повышения быстродействия реле принимаются
меры к увеличению скорости движения подвижной системы. Из
\ .
уравнения М пр == J dt следует, что чем меньше момент инерции J,
тем быстрее будет вращаться подвижная система реле. Поэтому
вместо систем с диском, имеющих большой момент инерции за счет
значительноrо диаметра, используются системы с цилиндрическим
ротором, который имеет малый диаметр и поэтому ero момент инер
ции значительно меньше момента инерции диска. Реле с цилиндри
чеСКИl\I ротором MorYT действовать со временем около 0,02 0,04 сек, .
а минимальное время действия реле с диском приближается к О, 1 сек.
в) Характеристики моментов М э и Ми
Зависимость моментов от уrла поворота диска представлена на рис. 2 31.
При повороте диска в сторону замыкания контактов пружина закручивается и
ее момент М п нарастает; в то же время электромаrнитный момент М э не зависит
от уrла поворота диска.
I
Из. dоз пр" /р /Воз
И Т
,лри fp'" Icp
М Л1
м
М Э2 пр" fp =1 ср
I
ИТ
Мэ2М п2
а
Рис. 2 31. Моменты, дей
ствующие на диск индук
ционноrо реле при сраба-
тывании и возврате (/тр
ток наqала вращения ди
ска).
"2
ах а,
Это различие характеристик М э и М п является недостатком индукционных
конструкциЙ, вызывающим: 1) ухудшение коэффициента возврата реле; 2) ослаб-
ленный нажим подвижных контактов реле на неподвижные при срабатывании
. реле; 3) зависимость начальноrо положения подвижной системы реле от величины
проходящеrо в нем тока в нормальном режиме, что приводит к произвольному
изменению выдержки времени реле. .
Поэтому во всех конструкциях индукционных реле с выдержкой времени
(имеющих большой уrол поворота а) предусматриваются специальные меры для
устранения перечисленных выше дефектов.
у реле MrHoBeHHoro действия уrол а мал и в результате этоrо OTMeqeHHbIe .Ile-
фекты не проявляются.
r) Инерционный выбеr
Вращающийся диск Индукционноrо' реле после прекращения
действия электромаrнитной силы продолжает свое движение по
инерции за счет накопленной кинетической энерrии. Инерционный
55
выбеr диска может привести к замыканию по инерuии контактоп
реле после отключения к. з. в сети. Для уменьшения выбеrа диска
используется постоянный маrнит М (рис. 2 30, а). Эта мера сни
жает, но не исключает полностью инерционный выбеr реле. Поэтому
во избежание ложноrо действия защиты с такими реле ступень ce
леI<ТИВНОСТИ при выборе выдержки времени увеличиваетс5t,.. на вели
чину инерционной ошибки (см. 4 6, а).
2 II. ТОКОВОЕ ИНДУКЦИОННОЕ РЕЛЕ СЕРИИ РТ-80 И PT 90
Отечественная промышленность выпускает токовые реле серии
PT 80 и'РТ 90 (рис. 2 32). Реле состоит из двух элементов: и н Д у к
Ц и о н н о r о с оrраниченно зави имой характеристикой времени
/:
9
. '1.
(8
а)
б
О)
Рис. 2 З2. Токовое реле типа РТ 80.
а конструкция реле; б СИJ\Ы, действующие на диск по--
движной рамки.
действия и э л е к т р о м а r н и т н о r о действ ующеrо MrHO
венно и называемоrо поэтому отсечкой.
Совместная работа обоих элементов позволяет получить xapaK
теристику выдержки времени, показанную на рис. 2 33, весьма
удобную в эксплуатации. При токах больше тока срабатывания
56
электромаrнитноrо эле1\fента lэ.с.р реле работает без выдержки
врем нИ. При токах, меньших lэ.с.р, работает индукционныЙ э.пе
мент реле с оrраниченной зависимой выдержкой времени.
Индукционный элемент реле. Индукционный элеыент имеет электромаrнит 1
с короткозамкнутьщи витками 2. При появлении тока в обмотке 19 возникает
электромаrнитная сила p , действующая на диск 3, который вращается на оси
в подшипниках, установленных на подвижной рамке 4. . Рю.ша 4 имеет свою ось
вращения 18, укрепленную на корпусе реле. Пружина 5 притяrивает рамку
к упору 17. На оси диска насажен червяк 7, вращающийся вместе с осью и диском.
Червяк 7 и зубчатыЙ cerMeHT 8, управляющий работой контактов реле 12, HOp
мально расцеплены. Для действия реле необходимо, чтобы червяк сцепился с зуб
чатым cerMeHToM и поднял ero до замыкания контактов ре.;lе. ЭлеКТРО;-"l3rнитной
силе F (рис. 2 32, 6) противодействует сила F п пружины 5. При токе в pCv'Ie, paB
ном 20 30% тока срабатывания индукционноrо элемента 1 и.с.р' под влиянием
силы F диск начинает вращаться. При
этом в диске наводятся токи «резанию>,
которые во взаимодействии с ыаrнитньш
потоком постоянноrо маrнита б создают
силу рм' препятствующую вращению
диска. При токе в реле 1 р > /и.с.р сумма
элеКТРО Iаrнитных моментов M и Мм, co
ЗДаваемых соответственно F и Рм, пре
одолевает момент пружины, и рамка пе
ремещается, сцепляв червяк 7 с зубчатым
cerMeHTOM 8. Увеличение момента пру
жины 5 компенсируется нарастанием Дo
полнительноЙ силы р', притяrивающей
специа.;lЬНУЮ стальную скобу 11 к элек.
тромаrниту 1. Сила р', притяrивающая
скобу 11, обеспечивает также избыточное
усилие, надежно сцепляющее червяк
с cerMeHTOM.
После сцепления червяка с cerMeH
том движение рамки прекращается, но
диск продолжает вращаться и посредством червяка 7 поднимает cerMeHT 8. Рычаr
cerMeHTa 8 поднимает КОРО},IЫСЛО 9, замыкая при этом контакты реле 12. Вслед.
стВие УJvн ньшения зазора якорь 10 притяrивается к электромаrниту 1, обеспечи.
вая плотное замыкание контактов 12. При токе в реле, меньшем тока возврата,
момент пружины 5 преодолевает электромаrни'rный момент, и рамка возвра.
щается в начальное положение, расцепляя червяк с cerMeHToM. CerMeHT падает на
упор 20, размыкая контакты реле.
Ток срабатывания реrулируется изменением числа витков обмотки реле 19
при помощи штепселя 14, переставляемоrо в rнездах планки 15. Вр-;;мя действия
реrулируется изменением начальноrо положения cerMeHTa 8 винтом 13. Особен.
ностью реле является описанное сцепление червяка с cerMeHToM, дающее следую.
щие положительные качества:
а) Устраняются недостатки, обусловливаемые различием характеристик MO
ментов М э и Мр'
б) Уменьшается инерционный выбеr реле, так как после исчезновения тока
червяк быстро расцепляется с cerMeHToM и вращение диска по инерции не r-. ожет
привести к замыканию контактов реле.
в) Контакты реле замыкаются весьма надежно под влиянием силы, притяrи-
вающеЙ якорь 10 электромаrнитноrо элемента.
Электромаrнитный элемент (отсечка). На якорь электромаrнитноrо элемента
действуют потоки рассеяния электромаrнита 1. При токах, превышающих ток
срабатывания индукционноrо элемента в 4 8 раз, коромысло притяrивается и
MrHoBeHHo замыкает контакты реле 12. Ток срабатывания электромаrнитноrо эле-
мента реrулируется винтом 16, меняющим воздушныЙ зазор между якорем и
электромаrнитом.
сех
70
::t
.
cu 8
8
2
t
I I I I I I I
Реле РТ б{J
\ tp=f ( l:crJ прц s
кратно" отС{'ЧIf(:
I I
'\ I
'"
.,.......'
I
о
2 б 8 Ю
HpczтltocmD тона /Ip )
. ( I!l C h7
1
Рис. 2 З3.
Характеристика реле
типа РТ 81.
57
2 12. ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
а) Назначение и требования к реле
,
Реле направления мощности реаrируют на величину и знак моп{
ности, подведенной к их зажимам. Они используются в СХб\lах
защит КаК opraH, определяющий по направлению (знаку) мощности
(протекающей__ по защищаемой линии), rде произошло повре:жде
ние на защищаемой линии или на друrих присоединениях, OTXO
дящих от шин подстанции (рис. 2 34, а). В первом случае мощность
к. з. SК1 направлена от шин в линию и реле направления мощности
должно замыкать свои контакты, во BTO
ром мощность к. з. SK2 направлена к
LQ шинам, в этом случае реле не должно за
h f\:.:.I мыкать контакты.
,/(, Р
еле мощности имеет две обмотки: одна
питается напряжением и р, а друrая TO
ком сети 1 р (рис. 2 34, 6). Взаимодействие
токов, проходящих по обмоткам, создает
ТfI электромаrнитный момент, величина и знак
KOToporo зависят от напряжения и р' тока
1 р и yr ла сдвиrа <Рр между ними.
Реле направления мощности применя
ются в направленных защитах (см. rл. 7).
Они должны обладать высокой чувствитель-
Рис. 2 34. Реле направ. ностью, так как при К. 3. вблизи места
лени я l\ЮЩНОСТИ. установки защиты напряжение и р резко
а ПРПНЦIIП действия; б снижается, достиrая в пределе нуля; при
схема включения. этом мощность, подводимая к реле, оказы
вается очень малой и при недостаточной
реле может не сработать, т. е. может иметь
o
01 Sn
J/(/
f
и)
6)
чувствительности
«мертвую» зону.
Чувствительность реле оценивается минимальной мощностью,
при которой реле замыкает свои контакты. Эта мощность назы
вается м о Щ н о с т ь ю с р а б а т ы в а н и я и о б о з н а -
ч а е т с я SC.P'
Реле направления мощности ВЬЦIОЛНЯЮТСЯ мrновенными, по
скольку они MorYT применяться в защитах, работающих без BЫ
держки времени. Собственное время реле направления мощности
должно быть минимальным, что особенно важно для реле, приме
няе 'lЫХ в схемах быстродейст ующих защит.
б) КОНСТРУКЦИЯ и принципы действия индукционных реле
мощности
Современные конструкции индукционных реле мощности вы-
полняются с п движной системой в виде цилиндрическоrо ротора
(РИС. 2.35, а) [л. 12, 9].
58
Реле имеет замкнутый маrнитопровод 1 с выступаЮЩИI\IИ внутрь
полюсами. Между полюсами установлен стальной llИЛИНДР 2, повы
тающий маrнитную проницаемость междуполюсноrо пространства.
Алюминиевый цилиндр (ротор) 3 может вращаться в зазоре 1\1ежду
стальным сердечником и полюсами. При вращении ротора 3 про
исходит замыкание контактов реле б.
Для возврата ротора и контактов в исходное положение пре.
дусматривается спиральная противодействующая пружина 7
(рис. 2 З5, б).
Обмотка 4 питается напряжением Ир == Ис/п н , а обмотка 5
током 1 Р == 1 с/nт, rде и с и 1 с напряжение и ток сети (защищае
Moro элемента). Ток 1 н == И p/ZH В обмотке 4 создает маrнитный по-
ток Фн,
1
фт
.............
фт
Ф,
,
t
Рис. 2 35. Реле
мощности.
!;, t
,
\
об
а с цилиндрическим
ротором; 6 ротор
реле и направление
ПОЛОЖlпе.'1ьноrо мо-
мента .м э.
[J)
Ток 1 р, проходящиЙ по обмотке 5, в свою очередь создает 1\1аrнит
ный поток Фт *.
На рис. 2 36 изображена векторная диаrрамма маrнитных пото-
ков Ф Н И ФТ- За исходный для ее построения принимается вектор
напряжения ИР' Ток Iн сдвинут по фазе относительно напряжения
И р на уrол а, а ток 1 Р на уrол СРР'
у rол а определяется индуктивным и. аКТИВНЬП\l сопротивлением
обмотки 4, питаемой напряжениеl\I, и называется у r л о м в н у т
р е н н е r о с Д в и r а реле. Уrол СРр зависит от внешних парамет-
ров сети и схемы присоединения реле.
1\1аrнитные потоки ФИ и Фт изображены на диаrрамме совпадаю-
щими с создающими их токами 1 н и 1 р'
Из векторной диаrраммы следует, что поток ФИ и ФН а также
и токи / н и i Р сдвинуты по фазе на уrол 'Ф == а СРр и что уrол 'ф
меняется с изменением СРР'
* По аналоrии с поляризованным реле, у KOToporo рабочиЙ l\Iаrнитный по-
rrOK ыожет менять знак, а поляризующиЙ Ю\lеет неизменное направление, обмотка
напряжения и маrнитный поток ФИ в реле !\ющности называются поляризvющими,
а токовая об?lютка и ыаrнитныи поток ФТ рабочими. 01
59
Маrнитные потоки фн и ФТ пронизывают подвижную си-
стему реле и нааодят в ней вихревые токи J д.н И J Д,Т (рис. 2 35, а).
Взаимодействие вихревых токов с маrнитными потоками создает
электромаrнитный момент М э соrласно формуле (2 23)
М:I == kФнФт sin 'Ф. (2 -30)
Имея в виду, что фн = J H = Ин, ФТ = J p , а 'Ф == а p, по
лучаем:
М:I klИрlр sin (a P)==klSp,
(2 31 )
rде 5 р === И r,l р sin (а СРр) мощность, подведенная к реле.
Анализируя выраже-
ние (2 31), можно cдe
лать следующие выводы:
1. Электромаrнитный
момент реле пропорцио
нален мощности Sp на
зажимах реле.
2. Знак электромаr-'
нитноrо моыента реле
определяется знаком
sin (а p) и зависит
от значения p'. .
Синус, а следователь..
Рис. 2 3б. Векторная диаrрамма реле мощности. но, И М:I положительны,
коrда уrол 'ф =1= а p
находится в пределах от О до 180°, и отрицательны, если Ф Me
няется от 180 до 360°. Это иллюстрируется рис. 2-36, rде зона
отрицательных моментов заштриховаНil.
За [юложительное направление момента л,,1 э на рис. 2 3Б, 6
принято деЙствие М:I против часовой стрелки на замыкание KOH
тактов.
Незаштрихованная часть диаrраммы на рис. 2 36 соответствует
области положительных моментов, rде ФТ опережает Ф ю а Ф и ero
синус имеют положительный знак.
Линия АВ, проходящая через уrлы а p :::::: О И 180°, назы
вается л и н и е й и з м е н е н и я з н а к о в м О м е н т а. Она
ВС'еrда расположена под уrлом а к векторru р , т. е. совпадает с на-
правлением вектор.а J H .
Из сказанноrо следует, что при ф н опережающем поток Фю
момент М э положителен, а при отстающем отрицателен.
Линия CD (перпендикулярная АВ) называется линией м а к
с и м а л ь н ы х м о м е н т о в М З ' Проекция J р на CD (рис. 2 37)
равна J p sin (а p) и при lр и Ир == пост. характеризует зависи
мость величины и знака момента М э от уrла p' Момент. М:I достиrает
максимума при а p ==90°, т. е. коrда /р опережает 19 на 90°.
Уrол P' при котором М:I достиrает максимальноrо значения, назЫ
ва ся уrлом максимальной чувствительно-
С'
"
"-
Лин"я ;JЩ)(Сi/маль / /
110':;0 момента MJ
М.7 ='Ip siп (х рр)
111
([f I \
8 1
и р
А
ЛlШL/Я L/JМf!Нt'Нtlя
знака момеШ17а
"-
"-
"-
,"о
БJ
с т и Ч'м.ч' Учитывая, что уrлы а и Ч'м.ч откладываются от вектора
U р в против-оположные стороны, их сумма, как это следует из
рис. 2 37, Ч'м.ч + а == 90°, откуда Ч'м.ч == а 90°.
3. Реле не деЙствует, если отсутствует напряжение или ток в
реле или если
sin (а <рр) =:::: о:
Последнее условие имеет место при Ч'р == а и Ч'р == а + 180°._
Таким образом, выражение (2 31) показывает, что.рассмотренная
ЕОНСТРУЕllИЯ есть реле, реаrирующее на величину и знак мощ
ЕОСТИ. .1
в) Три типа реле мощности
Изменяя величину уrла BHYTpeHHero СДВИrа реле а, можно полу
чить три типа реле мощности, различающихся характером зависи
мости М э от Ф р (рис. 2 37):
1. При а == О'
M3==k1Ur-/р sin <рр,
(2 32)
т. е. М э реле пропорuионален реактивной мощности, измеренной на
зажимах реле. Такие реле называются с и н у с н ы 'м И, И (л И
'-
.
с'
и р
lр(Фт)
7/7777:
8 I
01
I
"-
, la=-af J
',д
I->ис. 2 37. ВеI\Торные диаrраммы реле мощности разных тиПоВ.
а синусноrо'; б косинусноrо; в сМешаНноrо.
р е л е р е а к т в н о й м о Щ н о с т и. Реле имеет максимальный
вращающий момент при Ч'р === 900; при (Рр == о момент М Э равен
нулю. Зоны положительных и отрицательных вращающих моментов
и линия изменения знака моментов реле (АВ) изображены на
рис. 2 37, а.
2'- При а == 90°
M3==kU p l p sin (900 . <рр) ==kUpl p cos-<pp, (2 33)
т. е. момент реле пропорционален активной мощности, подводимой
к реле. Поэтому такие реле называются р е л е а к т и в н о й
61
м о Щ н о с т и, или к о с и н у с н ы м и. Диаrрамма знаков мо-
мента данноrо типа реле изображена на рис. 2 37, 6.
3. При про:межуточном значении уrла а === а 1 , rде а 1 отличается
от О, по l\'1еньше 900,
M9 kUp/p sin (а} СРр).
(2 34 )
Такое реле, реаrирующее на некоторую долю активной и pe
активной составляющих мощности, называется р е л е 1\1 о Щ Н О
С Т И С 1\1 е ш а н н о r о т и п а. Если выразить а через дополняю-
щий ero уrол , т. е. представить ero как а :::= 900 , то выраже-
ние момента примет вид:
М9 ==- kU p / р sin (900 СРР) kU p / р cos (qJP + ).
(2 35)
Этим выражением часто пользуются на практике. Зона отрица-
тельных и положительных моментов для реле смешанноrо типа
показана на рис. 2 37, в. Каждый из трех рассмотренных типов реле
мощности находит применение в схемах релейной защиты.
r) Основные характеристики реле МОLЦности
MOLЦHOCTb срабатывания. Срабатывание реле происходит при
условии, что электромаrнитный момент М 9 преодолеет сопротивление
пружины М п и трения М т' Наименьшая мощность На зажимах реле,
при которой оно срабаты8ет,, называется
мощностью срабатывания SC.P'
у современных индукционных реле на-
правления мощности мощность срабатывания
при уrле максимальной чувствительности ко-
леблется от 0,2 до 4 ва.
Зависимость мощности срабатывания от
'"'::..: .. Jp тока / Р и уrла СРр принято оценивать харак-
теристикой чувствительности и yr ловой ха-
paKTepиcTиKoй.
Характеристика чувствительности пред-
ставляет собой зависимость U С.р == f (I р) при
неизменном СРр (рис. 2 38), rде U с.р _ наи
1 : . 2 меньшее напряжение, необходимое для дей-
ствия реле (при данных значениях /р и срр).
Обычно характеристика снимается при СРр, равном уrлу макси-
rvшльноЙ чувствительности, т. е. для случая, коrда sin (а СРр) == 1.
Теоретическая характеристика чувствительности [см. формулу (2 31)]
изображается rиперболой (кривая 1). В действительности же за счет
насыщения стали маrнитопровода при больших токах / р напряже-
H»e U С.р остается неизменным и кривая чувствительности идет па-
раллельно оси токов (кривая 2).
Уrловая характеристика представляет собой зависимость и с.р
==- t (СРр) при неизменном значении / р' Эта зависимость может быть
I!p
Рис. 2 38. Характери
стика чувствительно
СПI реле мощности.
62
получена из выражения (2 3I), если в нето поставить надлежащие
значения I р и а.
На рис. 2 39 ПQказана характеристика для реле смешанноrо типа
с а == +450, Уrловая характеристика позволяет определить:
100
... .
ир I
i .. I
! ,
.
,
I ,
f--------
. ,
i
j.........
1===т-=:
) \ =t==J \
J
/ :V '\ !'....
........,
I I 1р
ВО
Ба
O
20
а ,, O !l0° 1350 1800 2250 2700 J15° J60 0
Рабочая f
зона
Нера 50 чая
зона
Рабоча я
зона
1
ир
а
liJ
а)
. Рис. 2 39. Уrловые характеристики реле мощности смешанноrо типа
при а ;::::: 450.
а) изменение чувствительности реле (характеризуеl\Тое величи
ной U с.р) при разных значениях уrла <Рр;
б) минимальную величину U С.р.МИН И наиболее. выrодную зону
уrлов <Рр, в пределах которой и С,р близко ..
к U с,р.мин;
в) при каких уrлах <Рр меняется знак
электромаrнитноrо момента и пределы
уrлов fPp,KOTOPbIM соответствуют поло
жительные и отрицательные моменты.
Время действия реле мощности за
висит от величины мощности на зажи
мах реле, характеризуемой отношением
Sp!Sc.p. Характер этой зависимости при
веден .на рис. 2 40. При мощностях Sp,
близких к Sc.P' выдержки временидо
статочно велики, и только при Sp! Sc,p ;?::
;?:: 3 + 4 реле работает с минимальным
временем.
t
д!..
J,,'P
о
!
2
J
zj
s
Рис. 2 40. Характеристика
времени действия реле мощ
насти t == f ( S S р ) \.
с. р
.
д) Полярность обмоток
Знак электромаrнитноrо момента реле зависит от относительноrо
направления токов 1 н и 1 т в ето обмотках (или их маrнитных потоков). "'
у словились изrQТОВЛЯТЬ реле направления мощности так, что при
6з
одинаковом направлении токов в обмотках напряжения и тока реле
замыкает свои контакты (рис. 2 34). Одинаковым называется Ha
правление тока в обеих обмотках от начала к концу обмотки или
наоборот. Заводы, изrотовляющие реле, указывают однополярные
зажимы обмоток, отмечая их условным знаком. На рис. 2 34 начало
обмоток отмечено точками.
Реле подключается к измерительным трансформаторам с учетом
полярности обмоток так, чтобы при ,к. з. в зоне защиты реле замы
кало свои контакты. '
е) Явление самохода
Самоходом называют срабатывание реле мощности при прохожде-
нии тока только в одной ero обмотке токовой или напряжения.
Реле, имеющее самоход от тока, может неправильно сработать при обраТНО:-'1
направлении мощности, коrда повреждение возникает в непосредственной бли-
зости от реле, в результате чеrо напряжение на ero зажимах будет равио нулю.
В этом случае ток проходит только по токовой обмотке реле.
Причиной самохода обычно является несимметрия маrнитных систем реле ОТ-
носительно цилиндрическоrо ротора. В реле с цилиндрическим РОТОРol\'{ дЛЯ устра-
нения самохода на сталЬном сердечнике 2 (рис. 2-35, а) предусмотрен срез; изме-
няя положения сердечника, можно компенсировать неравномерность потоков
в воздушноы зазоре.
ж) Индукционные реле мощности типа РБМ
Отечественной электропромышленн'остью выпускаются быстродеЙ-
ствующие реле направления мощности РБ!\1, конструктивное вы-
полнение которых соответствует показанному на рис. 2 35, а. Mo
мент реле выражается уравнением
Мэ==-kU р / р sin (a cpp)==kUp/pcos(<pp+ ),
Имеются два основных варианта исполнения реле:
1) реле РБМ-171 и РБМ-271, используемые обычно для включения на фаз-
ный ток и междуфазное напряжение. Уrол максимальной чувствительности у этих
реле может изменяться и имеет два значения СРм.ч == 450 и СРм.Ч == зоо;
2) реле РБМ 178, РБМ-278 и РБМ 177, РБМ-277 включаются на ток и
напряжение нулевой последовательности; их уrол максимальноЙ ЧУВСТВI1
тельноСти СРlll.ч == +700. У реле РБМ 178, РБМ-278 Sc.p ==,,-0,2 -+- 4 ва, у реле
РБМ-177, РБМ 277 Sc.v. == O,6 3 ва.
Реле РБМ 171, РБМ-177, РБМ-178 имеют по одному замыкающемуся кон-
такту, а реле РБМ-271, РБМ-277, РБМ-278 по два замыкающихся контакта дну-
CTopoHHero действия.
2-13. МАrНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЛЕ
Маrнитоэлектрическое реле (рис. 2 41) состоит из постоянноrо
маrнита 1, подвижной рамки 2, на которой намотана обмотка' 3,
питающаяся током / р' и контактов 4. Принцип работы маrнитоэлек-
трических реле основан на взаимодействии тока / р в обмотке рамки
с маrнитным потоком постоянноrо маrнита Ф.
64
Сила, действующая На обмотку рамки, определяется по закону
Био и Савара и равна:
rде ВМ индукция маrнитноrо поля постоянноrо маrнита;
1 р ток в обмотке рамки;
1 активная длина витка обмотки;
w p число витков обмотки рамки.
Вращающийся момент, образованный
Ме:;;;::;; Fed == k' BMlp,
r e d плечо пары сил Ре; k' == klWpd.
rол ПОВ9рота рамки принимается небольшим (5 100), а форма
полюсов маrнита подбирается таким образом, чтобы маrнитное поле
было равномерным. В этом случае маrнит
ная индукция ВМ является постоянной и,
следовательно, момент М е можно считать
пропорциональным току lp в обмотке
реле, т. е.
Знак момента М э и силы F э зависит
от направления тока 1 р в подвижной рамке
реле. При показанном на рис. 2 41 направ
лении 1 р направление силы Ре определено
с помощью правила «левой руки». При из.
менении направления 1 р изменится и на.
правление F э.
Таким образом, ыаrнитоэлектрические
реле реаrир уют н а н а п р а в л е н и е
т о к а и поэтому," так же как и поляри
зованные реле, не MorYT работать на пере-
менном токе.
Маrнитоэлектрические реле имеют вы..
сокую чувствительность и малое потребле- Рис. 2-41. Маrнитоэлек
ние. Мощность срабатывания достиrает трическое реле.
10 8 1 o l() вт и превосходит чувствитель
ность поляризованных реле, что объясняется наличием силыюrо
поля постоянноrо маrнита 1.
Обладая малым потреблением, маrнитоэлектрические реле имеют
слабую контактную систему с малоЙ отключающей способностью.
Зазор между контактами очень мал около 0,5 0,3 мм. ДЛЯ повы-
шения чувствительности противодеЙствующая пружина в маrнито
электрических реле имеет небольшой момент, поэтому маrнитоэлек
трические реле отличаются плохим возвратом. Надежный возврат
этих реле часто обеспечивается подачей в обмотку реле тормозноrо
тока, действующеrо на р.азмыкания контактов. Время действия
реле равно О, 1 O,2 сек.
F э == kBMlplw p ,
Мэ==k" /р.
(2-37)
з Н. в. ЧерноБРО308
(2.36)
силами F э , равен:
(2-36а)
ф
N
ф
s
J
65
Указнныае недостатки необходимо учитывать при использовании
маrнитоэлектрических реле в схемах защиты. I\1.аrНИТОЭЛt=ктрические
реле широко применяются в качестве нуль индикаторов в схемах
на выпрямленном токе.
2-14. РЕЛЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Применение полупроводниковых приборов (диодов и триодов)
[Л. 14, 15] позволяет уменьшить размеры реле, снизить потребление
мощности от измерительных трансфорr..таторов, повысить чувстви
тельность, улучшить характеристики и выполнить реле без контактов
и движущихся частей.
Полупроводниковые приборы имеют большие разбросы xapaKTe
ристик, зависимость параметров от температуры инелинейность
сопротивлениЙ. Однако при учете этих недостатков в процессе KOH
струирования их не fI{елательное влияние на параметры реле МОЖБО
оrраничить до ДОПУСТИМЫ,х пределов.
С использованием полупроводников MorYT выполняться как oc
НОБные реле (т. е. реле тока, напряжения, !\,ющности и сопротивле-
ния), так и элементы лоrической части схем зarдит.
Простые реле, реаrирующие на одну электрическую величину
ток или напряжение, выполняются, как правило, на выпрямленном
токе с помощью диодов. В качестве реаrирующеrо (исполнительноrо)
opraHa при этом используются высокочувствительные электромаr-
нитные, поляризованные или маrнитоэлектрические реле.
Более сложные реле, такие как реле мощности и сопротивления,
реаrирующие на две электрические величины ток и напряжение,
MorYT выполняться с использованием полупроводников на ОДНОЫ
из следующих принципов [Л. 18, 17, 45, 87]:
1) н а с р а в н е н и и а б с о л ю т н ы х з н а ч е н и Й
д в у х э л е к т р и ч е с к и х в е л и ч и н О 1 И О 11. Такие реле
выполняются на. выпрямленном токе: в них сравниваемые напряже
ния переменноrо тока О 1 И О II выпрямляются, а затем сопоставля
ются по величине с помощью специальных схем сравнения (фазо-
чувствительных cxtM);
2) н а с р а в н е н и и фаз м r н о в е н н ы х з н а ч е
ний двух эдектрических величин 01 и 011.
Реле TaKoro типа выполняются с помощью фазосравнивающих схем,
позволяющих определить сдвиr фаз между О { и 01 {.
В обоих случаях сравниваемые величины и I и И II являются
линейными функциями тока 1 р и напряжения Ир, подводимых
к реле, а именно:
И 1 === k 1 И Р + k 2 i р иИ 11 === k з (; р + k4 1 р' (2-38)
rде. k 1 , k 2 , k з , k4 постоянные коэффициенты, не зависящие от О р
и 1 Р.
vIзменяя коэффициенты k} k 4 , можно получить реле раз-
ных типов и с различными характеристиками. К ним в первую
66
очередь относятся реле направленйя мощности и реле сопротИI3
ления.
Полупроводниковые реле на сравнении абсолютных значений
двух электрических величин, или, как их часто называют, реле на
выпрямленном токе, разработаны в различных вариантах и полу
чили .широкое распространение.
i Полупроводниковые реле на сравнении фаз разработаны в MeHЬ
шей степени, но имеют определенную перспективу применения.
Ведутся также разработки реле на сравнении абсолютных зна
чений и сравнении фаз с использованием эффекта Холла [Л. 13,
87, 17].
2 15. РЕЛЕ НА ВЫПРЯМЛЕННОМ ТОКЕ, РЕАrИРУЮЩИЕ нА ОДНУ ЭЛЕКw
ТРИЧЕСКУЮ ВЕЛИЧИНУ
к реле, реаrирующим на одну электрическую величину, относят
ся реле тока и напряжения. Наибольшее распространение получили
реле, включаемые на ток или напряже
ние сети через выпрямители, выполняе
мые с помощью полупроводниковых дио
дов. .
Устройство и принцип действиЯ то-
KOBoro реле на выпрямленном токе по
казаны на рис. 2 42. Реле постоянноrо
тока Р электромаrнитное, поляризован
ное или маrнитоэлектрическое вклю
чается на ток сети через выпрямитель В
на ПQЛУПРОВОДНИКОВЫХ диодах. Наилуч
р .......
't
ff
tfl
.........
иJ
It =/т sin wt
t
j
I
l
6) I
lil:
I
I
t
lcp
t
2)
Рис. 2 42. Токовое реле на выпрямленном токе.
а принципиальная схема; б ток на входе выпрямителя; в выпрямлен
ный ток i; е перем:енная 1,.., и. постоянная J d составляющИе.
t> t> .
шеи схемои выпрямителя, широко применяемой в
нике, явл яется Д в у х п о л у пер и о Д н а я
С х е м а, приведенная на рис. 2 42, а.
релейной Tex
мостовая
3*
67
Как следует из рис. 2 42, а, в положительный полупериод пере
менный ток lt == 1т sin (J)t, показаННblЙ стрелкой с одним штрих'ом,
проходит через реле по двум открытым для положитеJIьноrо тока
вентилям 1 и 3, при этом вентили 2 и 4 закрыты. В отрицательный
полупериод ток l, (стрелка с двумя штрихами) проходит в реле через
вентили 2 и 4, которые в этом случае открываются, а вентили 1 и 3
закрываются.
Из показанноrо на рис. 2 42, а токораспределения видно, что
ток после выпрямителя идет через реле все время в одном (положи
тельном) направлении как в положительный, так и в отрицательный
полупериод переменноrо тока.
! lrHOBeHHbIe значения выпрямленноrо тока пропорциональны
соответствующим мrи.овенным значениям переменноrо тока, поэтому
кривая выпрямленноtо тока 111 имеет п у л ь с и р у ю щ и й xa
рактер (рис. 2 42, в), изменяясь от нуля до максимума, но в отличие
от КрИВОЙ переменноrо тока она сохраняет постоянный знак.
Выпрямленный ток можно представить как сумму постоянной
состаВJ.Iяющей 1 d, равной среднему значению выпрямленноrо тока,
и переменноЙ составляющей 1 являющейся синусоидальной функ
цией с частотой 100 2Ц (рис. 2 42, 2).
Постоянная составляющая выпрямленноrо тока
2
1 d :=:;. Л 1 т == 0,631 т == 1 ер'
rДе 1т амплитуда выпрямленноrо тока 111; l ср среднее значе
ние выпрямленноrо тока.
Переменная составляющая
(2 39)
1 == '2 cos 2(J)t == 0,4251 т cos 2(J)t. (2 З9а)
Из (2 39) следует, что постоянная слаrающая 1 d пропорциональна
максимальному значению выпрямляемоrо тока 1 и может, поэтому,
рассматриваться как модуль (абсолютная величина) ero BeKTO
pa,T.e.l d ' k[/I.
Разложение выпрямленноrо тока на составляющие осуществляетс;я с помощью
ряда Фурье [Л. 29 и 95], соrласно которому выпрямленный ток 1I I состоит И3
постоянной слаrающей и rармонических состав.ТIЯЮЩИХ с нарастающей частотой и
убывающими rармониками.
При двухполупериодном выпрямлении (см. [Л. 29 и 95]) переменные слаrаю
щие состоят только из четных косинусоидальных rармоник. В этом случае выпрям-
ленный ток
\ j \ == 1 d + 12 COS 2ы{ 14 COS 4ы! + 16 cos бw! + ... ,
(2.40)
[де '2' 14' 16 амплитуды 2, 4, 6-й rармоник; w уrловая частота выпрямляе-
Moro то ка 1, w == 2лf, f == 50 сЦ.
Из (2-40) следует, что среднее значение выпрямленноrо тока 111 равно сумме
среДНИХ значений ero составляющих, и так как среднее значение каждой rармони-
ческой составляющей за период равно нулю, то 1 ер == 1 d'
Составляющие 4-й rармоники и выше очень малы, и поэтому ими пренебре
rают, считая, что переменная слаrающая выпрямленноrо тока состоит в основном
из 2.й fарМОНИКН 121 имеющей частоту 100 2Ц, как это было принято выше.
68
Пульсация выпрямленноrо тока вызывает вибрацию контактов
исполнительноrо элемента opraHa, поэтому ее необходимо YCTpa
нять. 1 . Для этой цели применяются специальные устройства, сrла
живающие кривую выпрямленноrо тока.
у с т роЙ с т в о Д л я с r л а ж и в а н и я т о к а оrраничи
вает попадание переменных составляющих тока в реле. Подобные
устроЙства показаны на рис. 2 43. В схеме на рис. 2 43, а последова
тельно с обмоткой реле Р включен дроссель L, индуктивное сопротив
ление KOToporo XL == wL === 2лfL имеет значительную величину длп
переменной составляющей с
f :::::::: 100 сЦ и равно нулю для
постоянноrо тока. В реЗУJ1Ь
тате постоянная составляю
щая ВЫПрЯl\1ленноrо тока CBO
бодно проходит В реле, а Be
личина перемениой оrраничи
вается.
В схеме на рис. 2 43, 6 об
мотка ре.пе Р зашунтирована
'конденсатором С с СОПрОТИВ4
1 1
лением хс === == 2 [С ' KO
ш..... n
торое обратно пропорцио
нально t. Поэтому большая
часть пеDеменной составляю v
1
lцеЙ выпрямленноrо тока, дЛЯ
IСОТОРОЙ хс мало, замыкается
через конденсатор С, минуя
реле. Для постоянной COCTaB
ляющей конденсатор является
бесконечно БОЛЬШИl\1 сопро
тивлением, и поэтому она
полностью замыкается через реле. В схеме На рис. 2 43, в применен
контур LC, настроенный в резонанс на частоту 2 й rармоники 100 сЦ,
преобладающей в выпрямленном токе. Такой фильтр свободно ПрО4
пускает постоянную составляющую через индуктивность L и пред
ставляет большое сопротивление для переменной слаrающей. Схемы
На рис. 2443, а, 6 дают наилучший результат для источников перемен-
Horo тока с малым сопротивлением по отношению l( наrрузкам (ре-
ле Р); схема на рис. 2 43, в более эффективна для источников с
большим по отношению к наrрузке сопротивлением.
Все приведенные схемы содержат индуктивность и емкость, за-
медляющие нарастание постоянной составляющеЙ тока в обмотке
реле, что вызывает замедление их действия. Особенно большое за-
медление создают схемы на рис. 2 43, а и 6.
р
р
р
l1 0l5
Il
а,
б)
б}
,
............
'3
р
/р
'2
/,
е;
Рис. 2 4З. Схемы для сrлаживания ВЫ 4
прямленноrо тока.
а с последовательным нндуктивным сопро
тивлеН!fем; б с шунтнрующнм конденсато-
ром; в с резонансным ФИЛЬТРОМ. не ПРОПУ4
скающнм тока С f == 100 сЩ: с! с расщепле'
ннем выпрямленноrо тока на три состаВJ1ЯЮ-
щие 11. 12. 13.
1 В рассматриваемых ниже схемах сравнения абсолютных значений двух
электрических величин пульсация выпрямленноrо тока вызывает нежелательную
зависимость срабатывания реле от уrла сдвиrа между сравниваемыми величинами.
69
В тех случаях, коrда увеличение времени действия недопустимо,
применяется более сложная схема (рис. 2 43, 2). В этой схеме под
лежащий выпрямлению ток 1 расщепляется на три составляющие
11, 12 И 1з, взаимно сдвинутые по фазе на 1200 с помощью ИНДУКТИВ4
ных И емкостных сопротивлений. Каждый из этих токов саМОСТОЯ 4
тельно выпрямляется, затем они суммируются и подаются в обмотку
реле. Результирующий ток весьма близок к постоянному. Эта схема
не влияет на быстродействие реле.
Ip
!/н
и
t
I cp
в
....!ь
R
l/э ;; сопst
'/р
t
а)
б)
Рис. 2 44. Схема реле на ср.авнении измеряемой величины
(тока 1 р) с эталоном 1 (а) и характеристики срабатывания
реле (б).
Имеется второй вариант выполнения реле тока и напряжения:
на выпрям.пе}IНОМ токе. По этому варианту (рис. 2 44, а) измеряемая
величина U и сравнивается с эталонной величиной и. Н изменяющейся
по друrому закону или имеющей постоянное значеН{Iе (как показано
на рис. 2 44, 6). Реле работает, если U и U 3' Реле на выпрямл еН 4
HOl\I токе отличаются малым потреблением и небольшими размерами.
2 16. РЕЛЕ НА СРАВНЕНИИ АБСОЛЮТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДВУХ НАПРЯЖЕ-
НИЙ UI И ин
а) Принципы выполнения и работы
Общие принципы выполнения и структурные CXeI\lbI всех видов
реле на сравнении абсолютных значений двух напряжений U [
и U 11 одинаковые и показаны в виде блок схемы на рис. 2 45. Реле
состоят: из суммирующеrо устройства 1, выпрямителей Вl и В2,
схемы сравнения абсолютных значений (; 1 И (;11 3 и исполнитеЛЬ 4
иоrо opraHa 4.
Напряжение и ток сети (; р и 1 р подводятся к суммирующему
устройству, на выходе KOToporo с помощью вспомоrательных транс-
форматоров образуются два напряжения О! И (j 1 1, по выражениям
(2 38). Каждое из этих напряжений выпрямляется выпрямителями
70
Вl, В2 и на их выходе получаются выпрямленные напряжооия
]Иr I и !ИII I пропорциональные модулям (абсолютным значеНИЮ\I)
векторов И I И (; 1 I.
Выпрямленные напряжения подводятся к схеме сравнения 3
rде они вычитаются друr из друrа образуя на выходе схемы н?пря
жение
И вых == 1 U 1 \ U IJ 1. (2 41) IJвых
На это напряжение к
выходным зажимам схемы а) Ф ч с
сравнения включается ис
полнительныЙ opraH 4.
Реле должно действо
вать при условии, что
I U 1 I > I U ([ I и л и И вых > О,
(2 42)
и не должно работать, если
IИII IИIII.
в соответствии с этим
исполнительный opraH 4
должен деЙствовать только
при положительных значе
ниях И вых; это означает,
что исполнительный opraH
должен быть направлен
ным, т. е. реаrировать на
полярность ПОДводимоrо к
нему напряжения.
Напряжение И 1, вызь:вающее работу реле, азывается р а б о ..
ч и м, а И 11 Т О Р М О 3 Н Ы м; соответственно именуются ЭЛе
менты схемы, связанные с И 1 И и 11.
Изменяя с помощью суммирующеrо устройства характер завн
симости сравниваемых напрял\ений И 1 И И 1I от Ир и 1 p можно полу
чить как реле мощности, так и различные виды реле сопротивлений.
Из paccMoTpeHHoro видно, что реле на сравнении. абсолютных
значений двух величин работают на выпрямленном токе. По ЭТОI\lУ
признаку их часто называют реле на выпрямленном токе.
О р Ip
/4/
6)
IJ р Ip
/'II' /
IJвых /l1 / / tIg
.
J'
!/р Ip
Рис. 2-45. Блок-схема реле направления
мощности, OCHOBaHHoro на фазочувствитель
ной схе1Iе.
а принцип действия фазочуnствительной сх('мы;
б блок схема реле.
б) Выполнение основных элементов реле
Суммирующе устройство с.лужит для образования (ф о р м и ..
р о в а н и я) напряжений Иl и Иll из тока Ip и напряжения Ир
защищаемоrо элемента по выражению (2 38). УстроЙство состоит
из двух трансформаторов Т 1 и Т 2 (рис. 2 46), кажДЫЙ из которых
имеет по одной первичной обмотке и две одинаковые вторичные
обмотки. Трансформатор Tl питается напряжением сети и р' которое
наводит во вторичных оБМОi'ках э. д. С. Е 1 == k 1 ИР. Трансформатор
71
Т 2 питается током сети 1 р', который создает во вторичных обмотках
э. д. с. Е 2 k 2 / р' пропорциональную / р' Соединив вторичные об
мотки Т 1 И Т 2 попарно, А 1 и В 1 последовательно соrласно и А 2 и В 2
последовательно встречно, получим на выходе первой rруппы об
1I..IOTOK э. д. с. О r == k 1 0 р + k 2 i р' а на второй э. д. С. О II == k 1 О Р
/t2/P' .
Схема СУМI\Пlрования, показанная на рис. 2 46, служит для по
лучения реле мощности. Если исключить из схемы соединения B'Т:O
ричных цепей Т 1 и Т 2 обмотки А 2 и B 1 , то О r == k 1 0 p , а Он k 2 ! Р'
при таком суммирующем устройстве реле превратится в ненаправ
ленное реле СОПрОlивления (см. 11 10, б). Исключая из схемы об
мотку В I , получим направленное
реле сопротивления (см. 11 10, в).
Т Р а н С.ф о р м а т о р Tz слу"
жит для получения э. д. с. Е 2 ==
== jk/ р и должен удовлетворять
двум условиям: 1) он должен рабо
тать на цепь с большим сопротив
лением, т. е. по СУПLеству в разом
кнутом режиме, и 2) ero вторичнап
э. д. с. Е 2 должна быть пропорцио
нальна первичному току / р (рис.
2 46, в).
ОбычныЙ трансформатор тока
не может работать в таких услови
Суымирующ е УС1РОЙ ях из за насыщения при больших
получения И I и И Il . токах 1 р' опасноrо повышения BTO
ричноrо напряжения и недопусти
Moro HarpeBa маrнитопровода, BЫ
3BaHHoro отсутствием размаrничи
вающеrо действия н. с. вторичной
обмотки. Для обеспечения поставленных условий маrнитопро
вод трансформатора Т 2 в ы П о л н я е т с я с в о 3 Д У ш н ы /[
заз о ром. Это оrраничивает маrнитный поток, в результате
чеrо устраняется возможность насыщения 1\lаrнитопровода, ero He
u
допустимыи HarpeB вихревыми токами и повышенное напряжение
во вторичной цепи.
Трансформаторы тока с воздушным зазором, рассчитанные на
работу с разомкнутой вторичной цепью и создающие э. Д. с., про
порциональную первичному току, называются т р а н с р е а к ..
т о р а м и.
Трансреакторы весьма широко используются в современных YCT
ройствах релейной защиты.
Выпрямители. Выпрямление напряжений И r И И Il осуществ
ляется по Д в у х п о л у пер и о Д н о й схеме выпрямитель..
ными мостами из полупроводниковых диодов. Сrла)кивание BЫ
прямленных напряжений производится с помощью схем на
рис. 2 43,
[
й
lJ o
А,
7;
'2
J,
.112
а)
Ф р
lJp
.
Е: JР(ФР)
.900
f2= j(2j;P
tf)
Рис. 2-46.
СТВО для
6)
а схема; б векторная дяаrрамма
трансреактора Т 2: в зависимость Е 2
трансреактора оТ J p '
72
Схемы сравнения (Л. 871. Сравнение величины двух выпрямлен..
ных напряжений I и 1 I и I и II I можно осуществить электрическим
путем, сравнивая напряжения или пропорциональные им токи, или
маrнитным путем, сравнивая МaI'нитные потоки, пропорциональные
напряжениям И I и И Il _ В соответствии с 9ТИ1\'1 применяются три схе-
мы сравнения: на балансе напряжений, на балансе токов и на балансе
маrнитных потоков (рис. 2-47).
В схеме сравнения на балансе напряже-
н и Й (рис. 2 47, а) выпрямители Bl и В 2 соединяются ме)кду собой
одноименными полюсами.
В рассечку провод к за-
жима!\.1 т п вк.п ючается
реле (исполнительный ор-
raH) ИО. В контуре НО
напряжения И! И И II на-
правлены встречно. ПОД
влиянием разности О 1 011
В исполнительном opraHe
появляется ток 1 р, направ-
т
110
Л
и,
а)
-+---
#0
8)
Рис. 2 47. Схема сравнения.
а на равновесни напряженнй; б на циркуляции токов (балансе токов); в на балансе
маrнитных потоКов.
ление KOToporo зависит от Toro, какое из напряжений больше. При
положительном направлении тока НО работает, а при отрицатель-
ном не действует.
Сопротивления Rl и R 2 шунтируют выпрямители и образуют KO -
тур с малым сопротивлением, по которому проходит ток 1 р помимо
выпрямителей, представляющих большое сопротивление для токов
обратноrо направления.
В схеме сравнения на балансе токов
(рис. 2 47, б) выпрямители Bl и В 2 соединяются последовательно
разнополярными зажимами. Исполнительный opraH НО включается
к зажимам т п параллельно обоим выпрямителям. Сравнивае
мые напряжения И! и И I ! создают пропорционаJ1ьные им токи
l! И 1 II, замыкающиеся через НО навстречу друr друrу. В реле НО
проходит ток 1 р == 1 1 l! 1. Направление этоrо тока зависит
от Toro, какое из напряжениЙ И I или И!I больше. При равен-
стве И 1 и Ин ток lp :::;::0. Таким образом, в данноЙ схеме сравне-
73
ние U 1 и U II производится путем вычитания создаваемых ими то-
ков в обмотке реле. Балластные сопротивления R 1 и R 2 устанавлива-
ются для Toro, чтобы исполнительный opraH не оказался зашунти
рованным сопротивлением работаЮULеrо вьшрнмителя приемной
стороны (так называется выпрямитель, имеющий меньшее напряже
ние). Необходимость балластных сопротивлений зависит от соотно-
шения сопротивлений реле и выпрямителей.
Рассмотренная схема иноrда называется схе:\юЙ с циркулирую
щими токами, поскольку в проводах, соединяющИХ выпрямители
81 и 82, всеrда проходит ток.
В с х е м е с м а r н и т н ы м с р а в н е н и е м (рис. 2 47, в)
исполнительный opraH выполняется с двумя обмотками Рl
и Р2.
Каждая из 'обмоток подключается к своему выпрямителю так,
чтобы токи в них имели встречное направление.
При этом условии токи 1 р1 И 1 р2 создают встречно направленные
маrнитные потоки Ф 1 и Ф2, которые и сравниваются между собой
в маrнитопроводе реле.
Поведение реле зависит от знака результирующеrо потока
Ф р == Ф 1 Ф2.
При равенстве lall и la 1l 1 ток I p1 === I p2 , поток Фр==о, реле без-
действует.
Если U 1 =1= U II, то Фр =1= о. Знак Ф р зависит от Toro, какое из
сравниваемых напряжений больше. При Ф р > о реле работает,
а при Ф р < о не действует.
На рис. 2 47, б показана полная схема реле направления мощ
ности на фазочувствительной схеме при сравнении напряжений
U 1 и U II на принципе баланса токов. Для упрощения в cxeI\'le не
показаны сrлаживающие устройства.
Исполнительный opraH. Как уже отмечалось, исполнитель
ный opraH включается на выходное напряжение схемы срав-
u
нения и должен деиствовать только при положительных значе
ниях этоrо напряжения. Поэтому исполнительный opraH дол
жен выполняться с помощью направленных реле постоянноrо
тока.
Устройство подобноrо типа часто называют н у ль- и н Д и к а
т о р о м, поскольку оно реаrирует на отклонение от нуля входноrо
напряжения. К рассматриваемому реаrирующему opraHY (нуль
индикатору) предъявляются четыре основных требования: высокая
чувствительность, малое потребление молности, быстрота деЙствии
и надежность работы.
В качестве исполнительных opraHoB (нуль индикаторов), OTBe
чающих предъявленным требованиям, MorYT использоваться:
1) высокочувствительные электромеханические реле поляри-
зованные или маrнитоэлектрические;
2) электромеханические реле, включаемые через полупровод-
никовый усилитель;
3) бесконтактные реле на полупроводниковых приборах.
74
Наиболее простым и довольно часто ПРИJlленяемым вариантом
является использование поляризованных или маrнитоэлектрических
реле.
В тех случаях коrда требуется повышенная чувствительность,
применяется включение электромеханических реле через усилитель
постоянноrо тока. Потребление мощности при срабатывании ТaI(ИХ
усилителеЙ составляет около 3 .lO 5 вт.
Усилитель постоянноrо тока реаrирует на знак входноrо сиrнала,
поэтому исполнительное реле, включаемое на ero выходе, мо)кет быть
ненаправленным, так как усилитель будет подавать в Hero ток только
при положительных значениях и вых схемы сравнения. Поэтому
имеется возможность применения обычноrо более rрубоrо электро
маrнитноrо реле с более надеж
ной контактной системой.
Еще большее повышение чув
ствительности при полном исклю
чении электромеханических KOH
струкций можно получить при
применении усилителя, работаю
щеrо в релейном режиме. Мощ
HOCTЬ необходимая для срабаты
вания TaKoro реле равна примерно
IO 5 lO 6 вт.
В качестве примера на рис. 2 49
приведена одна из наиболее про
стых схем усилителя, применяемая
в отечественных конструкциях, раз
работанная лабораторией Энерrо
сетьпроекта.
б Сетка
ffaтod
+
а)
о) +
lб
.
1
z
d) +2
ё)
Рис.
2.48. Полупроводниковый
триод (транзистор).
а схема устройства полупроводни-
Konoro триода р п p; б условное
изображение триода; в включенч-е
ПОЛУПРОDОДНИковоrо триода тапа p п-p
по схеме с общим эмиттеРОr.!; а вклю-
чеиие триода типа n p n.
Поскольку основным -?лементом уси
лителя являются полупроводниковые
!ТРИОДЫ (транзисторы) напомним некоторые особенности их работы [Л. 15, 16].
Плоскостной полупроводниковый триод (рис. 2 48, а) представляет м о Н о
к р и с т а л л (rермания или креыния), состоящий из трех слоев С чередующейся
проводимостью: p n p или п p n. В области полупроводника с проводимостью n
ОСНОВНЫМИ (преобладающими) носителями заряда являются отрицательные
электроны, а в области с проводимостью р положительные дырки. В дальней.
шем будем рассматривать транзистор типа p n-p. Нижняя область транзистора
(рис. 2-48, а) называется э м и т т е р о м (3), средняя б а зой (Б) и Bepx
няя к О л л е к т о р о м (К). База по сравнению с эмиттерОI\f и коллектором
Ю1еет очень маленькую ширину слоя и знаЧИтеЛЬНО меньшую концентрацию
носителей заряда.
Эмиттер база и коллектор выполняют функции, аналоrичные катоду, Сетке
и аноду электронноЙ лампы (рис. 2-48, а и б), при этом роль управляющей сетки
лампы выполняет база транзистора.
Полупроводниковый триод состоит из двух переходов р-n и п.р. Один
между эмиттером и базой, называемыЙ эмиттерным, и второй ыежду базой и
коллектором, называемый коллекторным.
Переход р-n работаеI как выпрямитель про пуСКающиЙ т?к только в одном
направлении при подаче на HerO внешнеrо напряжения прямои полярности, т. е.
при подводе плюса к области р и минуса к области n. При отсутствии внешнеrо
напряжения переход заперт вслеДствие образующихся на ero rранице объемных
75
зарядов противоположных знаков, которые создают электрическое поле, препят-
СТDующее переходу дырок из области р в область n и электронов нз области n
в область р. При подаче обратноrо внешнеrо напряжения (hлюса на n и минуса
на р) поле объемных зарядов усиливается внешним полем и переход ззпираеlСЯ
еще сол ьше.
Это своЙство переходов p n иrрает решающую роль в работе триодов.
Для усиления 1ЮЩНОСТИ поступающеrо сиrналз очень распространенз CXCM;:t
С общи:--! эмнттерJМ (рис. 2-48, в), при которой от источника внсшнеrо напряжения
плюс подается к эмйттеру; а минус к коллектору. Управляющий сиrнал под-
ключается между базой и эмиттером.
При отсутствии входноrо сиrнала оба перехода ЭI\lиттерный и коллек-
торный заперты и триод не работает закрыт. Если на базу подан поло-
жительный потенциал относительно эмиттера, то эмиттерный переход остаетсЯ
закрытьн"i; так как такая ПОu1ярность напряжения является для иеr"о о()...
ратной.
: При nодШiе на базу транзистора р-n-р оmрицательносо по отношеншо к э},щт-
тер у потенциала переход база эмиттер открывается, поскольку поданное
напряжение является nрЯ,lИblМ для перехода р-n.
В этом случае дырки; являющиеся носитеЛЯМИ положителЬНЫХ зарядов, дви-
rаются под деЙствием электрическоrо поля, СоЗДанноrо приложенныi'Л напряже
нием от эмиттера к базе (т. е. как бы вспрыскиваются Э!\ПIттероЫ в базу). Часть
дырок, попадая в базу, рскомбинируется; вызывая ток 1 б; замьншющиЙся через
источник управляющеrо сиrнала. Остальная, большая часть дырок (90 99%)
вследствие малой толщины слоя базы достиrает rраницы коллекторноrо перехода.
КоллекторныЙ переход закрыт для основных, носителеЙ базы Э.lектронов,
но дырки обладают положительным зарядом и поэтому, попадая в сильное элект-
рическое поле, создаваемое отрицательным потенциалом коллектора, ускоряются
и втяrиваются «захватываютСЯ» lюллектором. Там они рекомбшшруются с
электронами, поступающими из внешней сети.
Таким обраЗОl\I; в триоде р-n-р появляется ток, обусловленный движением
положительно заряженных дырок.
На основе сказанноrо можно сделать краткий вывод: триОД типа p n-p от-
крывается при подаче на базу отрицательноrо сиrнала, открывающеrо эмиттер4
ВЫЙ I1ереход; после открытия эмиттерноrо перехода происходит вспрыскивание
дырок из э!\шттера в базу, «дрейф» ИХ В базе в направлении коллекторноrо перс
хода и захват дырок коллектором.
Транзистор типа n p п включается по схеме на рис. 2 48, 2. Д.Т"IЯ ero открытия
на бюу триода необходимо попать положительный по отношениЮ к эмиттеру
потенциал.
Слабый сиrнал, поданный на базу (/б == 0,05 13')' открывает транзистОР, и
под ВЛИЯIшеl\l внешнеrо источника в наrрузке появляется ток 1 к 13 16'
Если принять 13 == 1, то ток 1" приблизительно равен (1 0,05) 13. Отношение
/1/ K //1/f) == а называется коэq,'ФициеНТUI\t усиления по току, он достиrаст вели-
чины 0,9 O,95.
Транзисторы используются как усилители напряжения и мощности, позво-
ляющие при С.Т"IаБО1\f сиrнале на входе ПО.Т"Iучить усиленный сиrнал на выходе. При
этом напряжение на наrрузкс, создаваемое БнеШНИ!l1 источником, также во MHoro
раз превосходит напряжение сиrнала на входе усилителя (зажимы 1 2). Так,
за счет мощности посто'роннеrо источника происходит усиление сиrна.Т"Iа с помощью
ПОЛ упрОБОДН И KOBOrO триода.
.
У с и л и т е л ь (нуль индикатор на полупроводниках), пока...
занныЙ на рис. 2 49), выполнен ДBYXKao aДHЫM с двумя транзи-
С'fораr...ПI 1'1 и Т2 [л. 17]. От внешнеrо источника напряжения на кол-
лекторы триодов Т 1 и 72 подан минус, а на эмиттеры плюс.
Управляющий сиrнал, получаемыЙ с выхода фазочувствительной
схемы, подается на входные зажимы усилителя 1 и 2, к которым под-
ключены база и эмиттер. .
76
<:.
в качестве исполнительноrо реле применено поляризованное
реле типа РП 7. Ero обмотка включена в цепь коллектора триода
Т2. Сопротивление '1 служит для подачи отрицательноrо смещения
на базу триода Т 1.
Сопротивление, 2 вместе с сопротивлением триода Т 1 (между кол
лектором и эмиттером) образует делитель напряжения, к точке 3
KOToporo подключена база триода Т2. При отсутствии входноrо сиr
нала на зажимах 1 2 триод Т 1 получает отрицательный по отно-
шению к эмиттеру потенциал, поэтому Т 1 открыт.
Сопротивление OTKpbIToro триод'а Тl близко к нулю, поэтому
потенциал точки 3 имеет положительный знак. При положитель-
номзнаке на базе триод Т2 закрыт и
ток в реле отсутствует (или, точнее,
он очень мал и равен обратному току
коллеКТОРНОI'О перехода Т2).
При появлении на входе 1-2 от-
рицательноrо сиrнала триод Т 1 ос-
Tae CH открытым, а Т2 закрытым.
Если на вход 1-2, а следовательно, и
на базу Т 1 поступает положительный
сиrнал, то трИод Т 1 закрывается, ero
сопротивление резко возрастает и в
результате этоrо на базе Т2 появ
ляется отрицательный потенциал че
рез сопротивление '2' Триод Т2 открывается, в реле РП 7 появ..
ляется ток, и если он превышает / С.Р реле, то оно действует. Для
упрощения в схеме не показаны диоды, оrраничивающие напряже-
ния на триодах, и некоторые друrие детали, не имеющие прямоrо
".
отношения к принципу раооты усилителя.
Рассмотренный усилитель потребляет при срабатывании выход.
Horo реле около 6 .10 5 вт.
На базе описанной схемы выполняются полупроводниковые бес-
контактные реле. В этом случае схема усилителя дополняется об-
ратноЙ связью и он работает как триrrер [П. 17]. Широкое Iiриме.
нение находят также трехкаскадные усилитеЛ!1:, позвол ЯЮlцие по-
лучить на выходе большую мощность, чем двухкаскадные.
f
+
2
Рис. 2 49. Упрошенная схема
двухкаскадноrо усилителя на
полупроводниковых триодах.
в) Реле направления мощности
Схема и принцип действия. Схема реле направления мощности
на сравнении величин двух напряжениЙ и 1 и и 1 I, построенная по
блок схеме (рис. 2 45), приведена на рис. 2 50. Для упрощения на
cxeM не показано суммирующее устроЙство, которое выполняется
соrласно рис. 2..46. В качестве CXel\lbI сравнения принята довольно
распространенная схема на балансе напряжений, а в качестве нуль..
индикатора НИ показано маrнитоэлектрическое (или поляризован-
ное) реле. .Применяются и друrие варианты исполнения обоих эле
ментов.
77
Сравниваемые напряжения, получаемые с помощью сумматора
и подводимые к зажимам выпрямителей Bl и В 2 , выражаются ypaB
нениями:
(;[ (;p+kip и (;l1 (;p 'kip'
(2.43)
Это соответствует выражениям
(2 38), если принять в них
kl==kз==l, а k2==k4==k.
После выпрямления на схему
сравнения подаются напряжения
[ (; 1 I :=: ! (; р + ki р I
t и \ (; II == I (; р ki р [.
tj Lip +k!O iJл==i;o k1.o Эти напряжения в контуре схе.
мы сравнения направлены встреч
Рис. 2 50. Схема реле напр авле
ния мощности на срщшеНИI;I абсо но, в результате чеrо
лютных величин И I и И II . (; вык === \ (;р + ki р \ 1 и р ki р \.
Реле будет действовать при IOp + k/pl > IOp k/pl.
Работа реле. .Покажем, что рассмотренная схема ведет себя как
реле направления мощности. На рис. 2 51 приведены векторные диаr
раммы О р и / р, О 1 И 011 при к. з. на защищаемой линии в точке
ШI
t
и8ьа
Пр
J p
{(1
а)
.
klp
"1
f
в
lilp
б) 8)
Рис. 2 51. Векторная диаrрамма реле.
а схема сети; б диаrрамма при к. з. В зоне; в диаrрамма при к. 9. вне
зоиы. .
78
к 1 И на соседнеЙ линии в точке К 2, построенные в предположении,
что вектор напряжения kj р совпадает по фазе с током j Р'
ИЗ этих диаrрамм следует что при к. з. на защищаеl\'ЮЙ линии
(в точке К 1 ), коrда мощность направлена от шин в линию и имеет
положительныЙ знак, модуль вектора 10p kipl > 10p kipl,
ПОЭТОl\'lУ и вых имеет положительный знак п реле деЙствует. При
к. з. на соседней линии (в точке К2) мощ
ность направлена к шинам подстанции и
имеет отрицательный знаIС
В этом случае l?ектор тока ip и соответ-
ственно вектор k/ р изобра:ш:аются на дна-
rpaMMe повернутыми на 1800 (рис. 2 51, в).
В результате этоrо 10p kipl 10p kipl,
напряжение И вых становится отрицатеЛh
ным, и реле не действует. Из этоrо сле
дует, что реле ведет себя при к. з. как
реле направления мощности.
Пользуясь диаrраммой на рис. 2-52, вы-
ясним характер изменения знака и вели-
чины И BЫX т. е. наЙдем зависимость
И вых == f (СР р ). Для этой цели примем, что
величины И р и 1 р H меняются, и будем
поворачивать вектор / р по часовой стрелке,
измеН?IЯ, таКим образом, СРр, КоrДа век-
тор k/ р будет описывать окру}кность с цент-
ром в точке О, соответствующей концу
вектора Ор. Определяя И вых == 1011 IOI11
при разных СРр, устанавливаем:
1) при изменении СРр от 90 до 1800 и от
180 до 2700 (заштрихованная часть диа-
rpaMMbI На рис. 2 52, а) 101 I < 10 II 1, сле
довательно, И вых == 1 О 11 1 О 1I 1 имеет
отрицательныЙ знак и реле не дейст-
вует;
2) при изменении СРр от 270 до 3600 и от
О до 900 (незаштрихованная часть Диа
rpaMMbI) 1011> 10111, поэтому Ивых поло
жительно и реле работает;
3) величина И вых равна нулю при СРр == 90 и 270°, так как при
этом 1011 == 10III. При СРр == о и 180° Ивых достиrает маКСИl\1альноrо
значения, в этих случаях 1011 и 10 II I совпадают по фазе и их раз-
ность равна диаметру окру}кности, т. е. 2kl р; при промежуточных
значениях СРр И вых меняется от 0° до 2klJ)' Следовательно, реле рабо-
тает в наилучших условиях при СРр == u и 180°, не действует из за
отсутствия наl1ряжения при 90 и 270°.
Напряжение И вых рассмотренноЙ фазочувствительной схемы из-
меняет своЙ знак при изменении СРр, так же как косинусное реле
(рис. 2 52, б).
/(/р
}
а)
и р
Рис. 2-52. Векторные диа
rpa!\IMbI реле, показываю
щие повеДение реле при
различных СРр'
79
Осуществляя поворот наПРЯ.жений Ир или k!p на уrол а с помо-
щью специальных фазосдвиrающих схем, можно сместить yr ловую
характеристику реле на у.rол а и получить реле, анаЛQrичное реле
мощности смешанноrо или синусноrо типа.
Таким образОМ J реле J построенное на сравнении абсолютных вe
личин la p + k/pl и lli p k/ p lJ реаrирует (косвенно) на уrол
сдвиrа фаз между Ир и Ip, и ра60таетках реле направления
мощности.
2 17. РЕЛЕ НА НЕПОСРЕдеТВЕННОМ СРАВНЕНИИ ФАЗ ДВУХ ЭЛЕКТРИ-
ЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Ul И ин
а) Общие принципы выполнения реле
На сравнении фаз двух электрических величин можно выполнять
реле направления ощности и различные типы реле сопротивлений.
В качестве сравниваемых величин используются два напряжения
U ! и И I1 , которые являются линеиными функциями напряжения
и тока сети Ир и lfl по выражениям (2-38).
t.I; и"
\\
,t
а) 8)
Рис. 2 53. Реле на сравнении фаз и т и U rI (а); уrловая
характеристика работы реле (б) и уrловая характери-
стика реле направления мощности (в).
6)
о
(J/
!/л
Реле на сравнении фаз (рис. 2-53, а) состоят .из устройства срав-
нения фаз (фазосравнивающей схемы) 1 и исполнительноrо opraH3 2,
реаrирующеrо на знак выходноrо напряжения И вых'
Реле реаrирует на уrол '1' сдвиrа фаз между сравниваемыми на-
пряжениями U 1 и U II И приходит В действие при значении '1', удов-
летворяющем условию
CPl < 'Ф < СР2'
(2-44)
[де <:Р! И <:Р2 уrлы, оrраничивающие зону действия реле (рис. 2-53,6).
Знак и величина выходноrо напряжения И вых фазосравнивающей
схемы зависят от величины сдвиrа фаз 'ф между а 1 и а 11, т. е.
ИНЫХ == f (1.jJ). При выполнении условия (2-44) ИНЫХ положительно
и исполнительный opraH деЙствует. Если 1.jJ меньше ер1 или бо.пыuе
<:Р2, то И вых отрицательно и исполнительный opraH не работает.
80
Изменяя коэффициенты k в (2 38), т. е. меняя зависим()сть и ! и U rr
от напряжения и тока сети, можно получать различные виды реле.
В частности, .для получения реле направления мощности необ
ходимо принять k 2 == k3 == О. Тоrда и 1 == kIU p , U II == k4/P' а у r 9 Л
"1', на который реаrирует реле, равен уrлу сдвиrа фаз между Ор
и /Р' Если в (2 44) взять ер2 == ер! + 180°, то характеристика сраба
тывания реле изобразится прямой АйВ' (рис. 2 53, в). Подобное
реле ведет себя как opraH направления !\,ющности (см. 2 12).
Реле сравнения фаз по способу сравнения фаз и ! И U 1I , или,
иначе rопоря, по типу фазосравнивающей схемы подразделяются
на реле, основанные на импульсноЙ схеме, на. схеме, сопоставляю
щей продолжительность времени совпадения фаз с заданным, и на
кольцевой фазосравнивающей схеме.
б) Реле сравнения фаз, работающие на импульсном
принципе
Принцип действия. Сравнение фаз в. этой конструкции осущестп
ля тся сопоставлением знаКОВ мrновеиных значений, подведенных
к реле напряжений (и 1 И U II), в о П р е Д е л е н н ы й м о м е н т
в р е м е н и, например в момент положитеЛhноrо максимума Ha
нряжения и 1 (рис. 2 54). -
wt
.
fIU
{J
"
{Jz
б)
а)
Рис. 2-54. ПРИНЦИП действия импульсноrо реле.
ДЛЯ ;JТОЙ цели при прохождении напряжени и ! через п о л о
ж и т е л ь н ы й м а к с и м у м формируется короткий импульс
напряжения и! (рис. 2.54, а). Если положительный импульс И'[
совпал с положительным мrиовенным значением BToporo напряже
ния U rI , то на выходе схемы (рис. 2 53, а) появляется сиrнал (Ha
пряжение U вых) и исполнительный opraH реле срабатывает. Если
знаки импульса Ui и напряжения U II различны реле не действует.
Как видно из рис. 2 54, а, при выбранном моменте сравнения
(во время прохождения U 1 через максимум) совпадение положи
тельных значений U r и U 1 r возможно при условии, что уrол сдвиrа
фаз 'ф ме)кду U [ и U IJ будет находиться в пределах от 900 до +90?
Следовательно, условие работы реле имеет вид:
..... 900 'ф + 900. (2 а 45)
81
.
, . .... ""
Выражение (2 45) показывает, что диапазон изменения уrла 'ф,
в пределах KOToporo реле срабатывает, равен 180°. Уrловая xapaK
теристика работы импульсноrо реле приведена на рис. 2 54J 6.
Таким образом, совпадение импульса И'[, появляющеrося в MO
мент положительноrо максимума И 1, С поло:жительным значением
И[[ является признаком, что уrол 'Ф между И[ и Ин лежит в диапа
зоне + 90°+ 900. На этом базируется устроЙство импульсных
реле.
Структурная схема и диаrрамма работы импульсноrо реле при
ведены на рис. 2 55. Основным элементом схемы является устройство
/./j
1 " 2 3 ,
I.'l О8Ь1 х (/Оых lIа (}mIfЛЮ-
УФИ ..........р II еШL t'
се УУИ ИО
..........
lJ и
.........
lJ и
а)
/\. . rvt
'-/ V,.
pl-t!;' /I;' rvt
.
/lи /'\. ;"!
V V
Щл,,,. /llbl' w!
и' ,
[ w!
б)
Рис. 2.55. Структурная
схема импульсноrо реле
(а); диаrраммы работы
реле (б).
1 для формирования импульса напряжения И'I в момент прохожде-
ния И 1 через ПОЛОЖrпельный максимум.
Импульс И'l и напря)кение И 11 подаются на схему совпадения 2.
Последняя выполнена так, что напряжение на ее выходе И Bыx по
является только, коrда оба входных напряжения И'i и И 11 положи
тельны. Выходное напряжение имеет характер KpaTKoBpeMeHHoro
импульса, продолжительность KOToporo равна длительности Иi
и составляет доли периода. Чтобы обеспечить продолжительность
действия выходноrо реле 4, достаточную для отключения выключа-
телей, предусматривается устройство 3, удлиняющее импульс и выx
'до необходимой величины. УдлиненнЫЙ импульс и вых воздействует
на исполнительный opraH 4, который дает команду на отклю
чение. '
Диаrрамма работы импульсноrо реле показана на рис. 2-55, б.
82
в качестве примера на рис. 2 56, а приведено устройство для получения И 1
пульса U'I' Напряжение U 1 подается на промежуточный трансформатор ПТ Н,
питающий мостовую фазоповоротную схему.
Напряжение U} между вершиной моста В и средней точкой А вторичной об.
мотки ПТН подается на базу триода Т 1 . Сопротивление R принимается равным
Хс, при этом условии U! опережает U 1 на уrол 900 (рис. 2-56, 6). В цепи коллек-
rropa Т 1 включен пик трансформатор ПТ.
Триод Т 1 заперт в течение положительной полуволны и! и открыт в течение
отрицательной. Открываясь, триод Т 1 замыкает цепь nервичной обмотки ПТ, в
которой под действием э. д. с. Е возникает постоянный ток /1 (рис. 2 56, а).
Открытие и закрытие триода происходит в MOMeH переход а и! через нуль.
В этот момент в первичной обмотке ПТ появляетсЯ и исчезает ток /1 и возникает.
!7Т
}"' 1i t I
т,
Е
t
+
L/,fE
, t
t/ I )Ir
В 8 Е
l
( I Rn.,.
R t
..
.D С I I
лтн А "1 I и"= M d /z
m t/=tJ,r f4
I 'I dt
о) I + t
а) В)
Рис. 2 56. Устройство для получеиия импульса и! (а); схема устроЙ
ства (б); диаrрамма фазоповоротной схемы (в).
переходный процесс, сопровождающийся появлением во вторичной цепи ПТ
пикообразноrо напряжения и! == M d tl обратной полярности. Кривые то-
ков и напряжений в пик трансформаторе даны на рис, 2-56, б.
Таким образом, импульс напряжения И'[ получается с помощью пик траи-
сформатора. Ero возникновение n момент прохождения через максимум U 1 обес-
печивается тем, что напряжение Ui, управляющее пик-трансформатором, смещено
посредством фазосмещающей схемы на 900 по отношению к U f"
Реле направления мощности. Если принять {; 1 == k 1 {; р, а
О II === k 4 U р' то реле по схеме на рис. 2-55 будет работать как реле
направления l\ЮЩНОСТИ синусноrо типа. Сместив на уrол а напряже
ние и р, можно получить реле промежуточноrо и косинусноrо типа.
Если {; I И (; [1 сформированы по выражениям (2 38), то реле будет
работать КаК реле сопротивления.
83
в) Реле сравнения фаз, основанные' на измерении вреМени
совпадения знаков MrHoBeHHblx значений сравниваемых l:Ia-
пряжений и! и U1r
Принцип действия. В обlпем случае к реле ПОДВОДЯТСЯ наПРЯ)J{е
ния (j 1 И (j IIt сдвинутые по фазе на уrол 'Ф, как ЭТО показано на
. рис. 2 57, а.
lI, ил В теченИе определеliНой
части положительноrо полу
периода И 1 (отмеченноЙ штри
ховкой на рис. 2 57, 6) знаки
l\1rHOBeHHbIX значениЙ И j и Ин
одинаковы, а в друrой (не за-
штрихованной) различны.
В отрицательном полуперио
де И, картина совпадения и
различия знаков обоих Ha
пряжений повторяется.
у rол СРО в пределах кото.
poro знаки И! и Ин совпа..
дают, и соответствующее ему
время совпадениЯ знаков tc..
зависят от уrла сдвиrа фаз 'Ф.
Как видно из рис. 2 57, уrол совпадения
<Ре == л 'Ф;
с учетом, что СРе === (J)t e , 'Ф === (J)t' и л === (J)T /2, из (2 46) находим за
висимость времени совпадения от 'Ф:
На основании (2 47) получен
ную зависимость t e === f ( ;) можно
представить rрафически, ЕШ{ это
показано на рис. 2 58.
При совпадении фаз ('Ф == О)
знаки MrHoBeHHbIx величин И 1 и И![
будут совпадать в течение Bcero Рис. 2-58. Зависимость времени co
полупериода, при этом СРе === Л, впадения от ,.
а t r == Т/2.
С увеличением 'Ф СРе и t c будут уменьшаться, становясь меньше л
и Т/2. Коrда фазы И 1 и И'I разойдутся на 1800 ('Ф == Л), знаки И r
и И II будут различны в течение Bcero ПОJlупериода и поэтому g>c
11 t c == О.
Поскольку время совпадения фаз t c определяется 'Ф, то оно в свою
очередь характеризует величину сдвиrа фаз 'Ф. Эта взаимосвязь
и положена в основу конструкции реле на рассматриваемом прин..
ци п е.
а)
6)
Рис. 2-57. Векторная диаrрамма И 1 и Ин
(а), совпадение знаков MfHOBeHHbIX 3Ha
ченнй И 1 и Ин (6).
t c === t' == : . (2..47)
84
(2..46)
t c
j
л
1
ClJ
.;./
.7['
ре
Для получения реле подобноrо типа применяется схе!\.ш, измеря-
ющая время t c совпадения знаков напрнжениЙ и! и И 11. Это время
сопоставляется (сравнивается) с некоторым заданным (установлен
ным) временем ty которому из (2 47) соответствует определенное
значение 'Ф == 'Фу. Реле действует, если
t c t y , }
t c < t y .
и не работает если
(2 48)
Имея в виду что каждому значению t c и t y соответствует опре-
деленное 'ф, полученное из (2 47) или диаrраммы на рис. 2 58 можно
считать, что реле работает 'при 'ф 'Фу rде по (2 47)
'Фу == ( t y ) ю.
Из диаrраммы на рис. 2 58 видно, что зона действия реле, удов-
летворяю'щая (2-48), оrраничена двум.я уrлами::
<Рl == (л 'фу) и <Р2 == + (л .'Фу).
Область работы TaKoro реле характеризуется неравенством
(л 'Ру) < ч' < (л 'Фу) (2 49)
и показана на рис. 2-59, а.
/Х
r
./
а) 6)
Рис. 2 59. ЗОНЫ действия реле.
F сли принять 'Фу == п/2, то область деЙствия реле будет оrрани
чена прямой линией, совпадающей с осью х (рис. 2-59, б) и будет
соответствовать характеристике реле направления мощности.
... Структурная схема. На рис. 2 60, а и 6 показаны структурная
схема и диаrрамма работы реле, действующеrо на принципе измере-
ния времени совпадения знаков напряжений И 1 и И lI , подведенных
к реле. Напряжения И 1 и И Il подаются на схему совпадения 1, оп-
ределяющую время t c совпадения положительных MrHoBeHHbIx зна
чений И[ и И Т1 за положительный по.пупериод И 1 . На выходе схемы 1
получаются прямоуrольные импульсы напря)кения И СОВ (рис. 2-60,6);
. дл ительность каждоrо импульса равна t c .
Непосредственное сопоставление времени t c и t y соrласно (2 48)
оказывается сложным, поэтому вместо t c и t y сравниваются пропор-
ционаЛЬНblе им напряжения И С и из. Напряжение И С = t c ПОJIуча
85
ется с помощью интеrрируюп\ей схемы 2 (представляющей собой
I{OHTYP RC), на выходе которой возникает напря}кение И с треуrоль
ной формы, пропорциональное t c .
Напря}кение U с сравнивается с эталонным напряжением U 3 = t y
в устройстве 3, на выходе KOToporo появляется результирующее Ha
пряжение и вых , подаваеl\лое на исполнительный opraH 4. Величина
и знак И ВЫХ зависят от разности И С И s , При и с > И э , чему co
{j
!
2
J
<1
I Ila отк-
УС исо8 Uc=t c tI,fu !( чеНlt
.............
УН УС ИО
tl и с и 1 t c ц t!!
'Л/о
е
и о
а)
.У
(,)t
....
wt
.
tc
I
I t/.; ; t!/
cvt
6)
Рис. 2 60. Структурная cxe!lIa реле на совпадение 3Ha
ков MrHoBeHHbIx значений U 1 11 U r r (а); диаrрамма
работы реле (б).
ответствует условие t c > t y , исполнительный opraH срабатывает.
При И С < ИЗ (т. е. при t c < t y ) реле не действует.
Схема реле направления мощности. В качестве примера на рис. 2 61 при-
ведена схема реле направления мощности, работающеrо на раССl\ютренном прин
ципе по структурной схеме рис. 2 60, а.
у с т рой с т в о р е J.I е. Чтqбы прлучить. реле н?праВ{Iения МОЩНОСТI1:,
сравниваются напряжения И r == k1И с Ин == 1l4[ , [де U и f напряжение и
. Р. Р Р Р Т
rrOK се:rи. Напряжение ИР подводится к ПРШ,.Iежуточному трансформатору Рl'
а ток [р к трансреактору т.Р2' Тра Iсформ.атор ТРl. и трансреактор ТР2 служат для
получения на ряжений и 1 == k J ИР и И 11 == k2fp' Положительные полуволны
напряжений и 1 и Uнчерез выпрямители Дl) Д2, Дз Н Д подаются на базы тран-
зисторов Tl И Т 2 И управляют их работой.
Транзисторы Т 1 и Т 2 образуют схему совпадения. Их эмиттеры и коллекторы
включены параллельно. При отсутствин положительных напряжений на базе
86
каждый триод Т 1 и Т 2 открыт, И поэтому напряжение на выходных зажимах а и Ь
схемы совпадения равно нулю. Появление положительноЙ ПОЛУI30ЛНЫ напряжения
и 1 или И 11 на одном из триодов закрывает ero, но поскольку второй триод открыт,
выходное напряжение Остается равным нулю, и только одновременное поступле
ние положительных полуволн И 1 И и 11 на оба триода приводит к одновременному
закрытию их и пояВленИю напряжения и сов на выходных зажимах а и Ь схемы
совпадения. Напряжение и сов имеет форму ПрЯI\юуrольных импульсов неизмен
ной амплитуды. Продолжительность импульса равна t c .
Конденсатор С 1 и сопротивление R == R6 + R7 образуют интеrрирующий
элемент. Емкость С 1 нормально зашунтирована триодами Т 1 и Т 2 И начинает за-
ряжаться только в период времени t c совпадения положительных значений. В
течение этоrо времени напряжение н'!. конденсаторе нарастает от О до И с t e ,
как показано на рис. 2.60, 6.
=1108
R,
I
7jJ2
Рис. 2-61. Реле иаправления МОЩ
ности на сравнении .знако MrHo
венных величин И 1 и И!l'
Исполнительный opraH реле выполнен в виде ОДнокаскадноrо усилителя на
нормально заКРЫТШ\I триоде Тз, в КОЛJlекторной цепи KOToporo включено электро-
механическое реле Р.
ЗаЖИI\IЫ эмиттера и коллектора зашунтированы конденсатором С 2 , который
обеспечивает работу реле Р после KpaTKoBpeMeHHoro открытия триода Тз. При
открытии Тз конденсатор С 2 шунтируется и MrHoBeHHo разряжается. Коrда ТЗ
закроется, зарядный ток конденсатора С 2 , проходя через реле Р, удерживает erO
в сработанном состоянии до поступления 1I0BorO импульса, открывающеrо триод
Тз.
Управлеиие транзистором Тз происходит под влиянием разности потенциалов
между точками с и d. Потенциал точки d задан. Он определяется опорным напря-
жением И 3 = t y : Это напряжение поддерживается постоянным с помощью ста-
билизатора Д13' Потенциал точки с равен напряжению И е на емкОСТИ C 1 . Величина
последнеrо нарастает с течением времени по мере заряда емкОСТИ С 1 и поэтому
U С 0== t -
с'
Р а б о т а р е л е. При совпадении положительных значений И 1 иИ] 1
триоды Т 1 И Tz закрываются одновременно на время t e , в течение KOToporo оба на-
пряжения И1\1еют положительный знак. В этот интервал времени ' с происходит
заряд емкости С 1 , Если ' е '";:;;)у' то потенциал точки с (И с) Станет больше потен
87
циала ТОЧКИ d (UrJ)' Транзистор Тз откроется, и выходное реле Р сработает. При-
нимая t y == Т/4 из (2 44), получим, что усдовием Действия paCCMorpeHHoro ре.пе
является неравенство 90 ::::::; <Рр +900; эдесь УЧ:ТСllО, что Ф == <РР' Характери
стика TaKoro реле показзна на рис. 2 59, б.
Реле с такой характеристикой является opraHoM направления мощности си
HYCHoro типа. Дли получения косинусноrо или промеЖУТОЧlIоrо реле необходимо
соотвс:rС7ВУЮщим образом сместйть по фазе U l'
r) Реле сравнения фаз на кольцеnой фазО4УВСТВИТельной
схеМе
Устройство и принцип действия реле (рис, 2-62, а). ОСНОВНЫМ
эле:'vlеН10М фазосравнивающеЙ схемы являются четыре выпрямителя
1, 2, 3, 4, соединенные пос..1едователыю по замкнутой к о л ь Ц е-
в о й схеме. '
Сравниваемые напряжения U 1 11 U [! подаются на кольuевуlO схе-
му к точкам А С и В D COOTBeTCTBeHIIO
Исполните..'1ЬНЫЙ opraH Р подключен к средним точкам т и п
делителей напряжения R 1 И R 11. В качестве ИСПО lн!пельноrо opraHa
Р используется любое ЧУВСТRительное реле, реаrируюшее на поляр
ность постоянноrо тока, в том числе и маrНИТОЭJIеКТРIРlеСI{ое реле.
Выпрямители в данноЙ схеме выполняют роль коммутаuиониых
устройств (переключателей), оТ!срывающих путь току в реле Р.
Работа выпрямителей (Т. е. их открытие и закрытие) в кажДЫЙ мо.
мент времсни определяется большим из ДВУХ подведенных к ним нз-
пряжений и 1 и и i j. Поэтому большее напряжение является у п -
р а в л я ю IЦ И М. fv\еньшее напряжение, называемое у n р а в -
л я е м bl 1\-1 ИЛИ И 3 М е р я е м Ы м, питает током исполнительный
opraH реле Р через выпрямители, открываемые управляющим Ha
пряжениt.'М. При такой схеме среднее значение тока в исполнитель
ном орrаие Р 1 р == 1 с зависит от yr ла сдвиrа фаз 'ф между и 1 и U 11,
т. е. 1 р ::::: 1 с ::::: t ('ф).
Сказанное подтверждается приводимым ниже аналиЗОМ работы
реле.
Работа реле (рис. 2 62). Примем, что напряжение Ин опережает
по фазе и] на уrол'Ф и что и 1 > U1[o Последнеепозволяетснекото-
рым приближением считать и 1 > и 11 в любой момент времени.
Для уяснения работы реле необходимо определить токораспре-
деление в схеме, обусловленное напряжениями а 1 и (; I1, И устано-
ВИТЬ зависимость тока 1 р в исполнительном орrаие реле от 'ф.
Воспользуемся для определения ТОКОВ метоДОМ паложеьия, ко-
торый llозволяет находить токи, рассматривая действие каждой
э. д. С. U [ и и! 1 независимо от друrой 1. Полные токи находятся на-
ложением токов от и! И оТ U JI . 1
Сначала рассмотрим токи от и 1. в положительный полупериод
И ! (рис. 2 б2, б) выпрямители 1 и 2 открываются, а 3 и 4 закрыва-
1 Метод наложения применим только для линейных цепей, и поэтому rIОЛУ
проводниковые диоды в схеме реле Должны условно рассматриваться кан. Jlиней
вые сопротивления.
88
ются, так как упраВЛЯlQI.Цее напряжение и 1 приложецо к первым
в прямом, а ко вторым в обратном направлениях, что видно из
рис. 2 62, а, rде стрелкоЙ показано положительное направление
и [. ПОД действием И 1 воз-
никают два тока li и 1';
(рис. 2 62, 6). ТОК 1! за-
льшается ПО контуру
тАВпРт, а ток I'{ по
контур'у тРпВСт. Оба
тока равны, так как на-
пряжение и сопротивления
контуров одинаковы. В pe
ле Р эти ТОIПI направлены
встреч НО и взаимно KOM
пенсируются. ПоэтОli1У лю
бое управляющее напрЖJfCе-
ние. 8 тод числе u И r ,
тока 8 реле Р не создает.
т оки, обусловленные на
пряжением -и 1, замыкаются
по открытым выпрямите
ЛЯl\f 1 и 2.
Теперь рассмотрим TO
кораспределение от мень- . , 1
шеrо напряжения и 11 (рис. f
2 62, в). Под влиянием И JI и,=О т
возникает ток J н. Положи- И
те.пьный ТОК 111 изображен
на рисунке сплошными
стрелками. Он проходит по
ВЫпрямителям 1 и 2, OT
KpbITbl!\l1 упраВЛЯЮЩИl\.f на-
пр яжением U 1, по обеим По-
R /) '1 :;;0
ловинкам делителя 1 и ПО
обмотке реле Р, как пока
зано на рис. 2 62, в.
ТОК 111 отр t цатеJIьноrо
знака, ПОЯВJI яющийся В OT
рицате.льный полупериод
U 11 , показан пунктирными
стрелками. Он проходит ПО
тому же пути, что н по.по
, жительный ток 1 Il, но про
тивоположен ему по Ha
правлению. С учетом, что U 1 тока В реле не дает, полученный от
и] j ток ЯВЛяется током, п и Т а Ю Щ и м исполнительный- opraH Р.
Кривая тока в реле за положительный полупериод U i показана
на рис. 2 б3, б; при ЭТОМ учтено, ЧТО и 1 отстает от и 1I на уrол 'Ф,
А
а)
l'lji
l/t
т
!;'t
и1l ()
о)
р
8)
.............
....
..........
:t& I t
I t/ D
t
( ) (+)
...
р
,.
.............
и
т
t
( )(+)
11 1 1
J t I и д
t /п t
)
.....
Рис. 2 62. Реле сравнения фаз с ПОМОЩЬЮ
кольцевоЙ Фазочувствительной схемы.
а ПРИНЦИПИдJlьная схема; 6 токораспреде-
ление ПОД действием наПРflження И 1; в то-
кораспределенне под действием Н ПрЯжеНИЯ и 1 /
при открытых ДИОДflХ I И 2; i! то же при or-
крытых ДИодах 3 и 4.
89
и принято, что ток 1!1 совпадает пофазе с и 1<1, так как в контуре, по
которому циркулирует l II1 преобладает активное сопротивление.
Следует заметить, что в токораспределении на рис. 2 62, в
положительный ток 11 r проходит ПО выпр ямителю 1 и отрицатель,
ныЙ ток J 1 1 по выпрямителю 2 в обратном направлении.
Можно условно считать, что сопротивление ОТКрЫТOl'О диода равно нулю, КlI!{
ДЛЯ прямоrо, так и ДЛЯ обратноrо TOI{3.
Физически ток через выпрямитель может проходить ТОЛЫ{Q 8 прямом направ-
лении. В деЙствительности, в контуре тока! 11 На рис. 2 62, в (KOrtТyp пВАтРп)
действуют не одно (!{ак YC.тIOBHO pac
сматривалось по :мето11.У наложения),
а OДII08pe leHHO дпа встречно напраи
ленных напряжения: 0,5 U 1 И 0,5 U r J.
Создаваемый ИМИ действительно иду
ЩИЙ Через выпря штель ! ТОК
Эти со тавляющие получаются
при применении метоДа наложения,
!(ак это нмеет МеСта в приведенном
выше рассмотрении. То]{ 1 1 положи
Te.тIeH, а ТОК I! J отрИЦ.1те.леп. Это ОЗllа
чает, что 1) проходит через выпря!\ш
тель 1 в прямом направ.тrенни. я 111 в
обратном. Такое представление и при.
нято В приведенном расс!\ютрении, оно
ЯЩlяется условным (математичес.ким) н
вытенэет из метода наложения. Нало.
жение фиктивных ттшп +/11 н III дает действительный ток 1. АнаЛOl'И4IlЫI\I
обраЗОi\'i обънсняется прохождение в обратноы направлении тока I н по выпря-
мителю 2.
v
а)
f
1p=IO
6)
Рис. 2 63. Кривые напряжений и] и
Ин и соответствующеrо им ТОКа в
исполнительном opraHe. Р.
о.5и] О,5И ! 1
1== t
R K
rдe R1C сопротивление контура, в
котором открытый ВЬШРЯ\ПIтель 1 уч,
тен сощютивлением пря:\юrо направ
JJi: НИ Я.
TOf< I проходит по выпрямителю 1
в прнмом направлении, ПОС!{QЛЪКУ
U [ > u 11 П, слсдовательно, разность
0,5 (и I И п ) ПоЛожительна.
Из (2 50) видно, что ток I мож НО
рассматривать состоящим ИЗ ДВjrх со-
ставляющих:
(2 50)
O 5и 1 О,5и II '
11=== и 'и==
R(I; R K
Во втором отрицательном полупериоде и 1 (рис. 2 62, 2) ВЫПрЯ
мители 1 и 2 закрываются, а выпрямители 3 и 4 открываются. Под
действием И 1 [ через открывшиеся выпрямители 3 и 4 поЙдет ток I j (,
так же как и в предыдущем случае, замыкаясь через обмотку испол
иительноrО орrаиа реде Р.
90
Из токораспредеJJениЙ на рис. 2 62, в и е ВИДНО, что положитель
выЙ ток / IJ В течение поло){{ительноrо полупериода U 1 И отрицатель
ный ток /II во время отрицательноrо полупериода U 1 идут в реле Р
в одном ([юложитеЛЬНО)rl) Н(1[]раВJlении. С учетом эТоrо На рис. 2 63, 6
построена кривая ТОКа 111 В реле Р ДЛЯ отрицательноrо полуперио .
да U I .
ИсполнительныЙ орrаи Р реаrирует На знак cpeAHero значения
тока [ 1 !:
S(+) S( )
/IIcp == Tj2 ' (2 51)
rде S(+) S( ) разность площадей поло)'Кительноrо и отрицатеJ]ЬНО
ro знака, оrраниченных КРИВОЙ тока 1 II (рис. 2 б3) за полупериод и 1.
Ес",и за полупериод пре()блаlI,ает положительный ток I]I (Т. е.
S(+) > S( }), То реле работает; при преобладании отрипательной
составляющей (S( ) > S(+» реле не действует.
Соотношение ПЛОЩ8дей S(+) и S ( ) зависит от уrла сдвиrа фаз 'Ф
между и ! И и!1, ЭТО видно из рис. 2 63. rраницей действия реле
будет 'ф == + 90°, при этом S<+) == S( ), а ток в реле 1 llcp == О. OT
СЮДа следуеТ J ЧТО условие работы реле выражается неравеНСТБОМ
90° <Ф < + 90°.
(2 52 )
При 'ф о ток J I Icp достиrает максимальноrо значения, И, сле-
довательно, реле имеет наибольшую чувствительность. К таким же
выводам МОЖ::НО прийти, выразив аналитический средний ток J IIcp:
TJ2
lIIcp == T 2 JIItdf;
u
с учетом, что l lIt == 111т sin (юt '1'),
1/2
l . .
[[[ер;;;;;;;;; Tj2 j /IItSШ((J)t 't')dt.
о
После преобразований получим:
1 [С ер == 0,9/ II cos 1/'. (2 53)
Найденное выражение подтверждает, что 1 j lep ;:::::: f (ф) и что зона
действия реле определяется (2 52).
При рассмотрении работы реле было принято, ЧТО и ! >- U I1 .
В тех случаях, КОI'да разница амплитуд и 1 и и [1 невелика, а \jJ =1= О,
функции управ.пяющеrо напряжения будут поочередно выполняться
i<aK и l' Та к и и II . .
Это не меняет принципа работы реле, но затрудняет определения
и расчет J ер' поэтому В вышеприведенном анализе и было принято
условие и] > U I !. . . .
Ре.'1е направления мощности. Если принять, что и I === k 1 Ир,
а UI) k 4 jp' то реле с кольцевой фаЗОЧУВСТDительной схемой будет
91
работать как реле направления мощности, так как оно будет реаrи.
ровать на уrол сдвиrа СРр между током 1 р и напряжением и р сети.
Как следует ИЗ (2-53), это будет реле косинусноrо типа (оно не дей
ствует при fPp =::: 90° и имеет наибольшую чувствительность при
fPp ==: О). Сдвиrая искусственным путсм фазу и ! или U 11 , можно
получить реле промежуточноrо и синусноrо типа.
Отечественная промышленность выпускает реле направления
мощности на кольцевой схеме.
д) Общая оценка реле на сравнении фаз
Из принципа деЙствия рассмотренных реле следует, что они cpa
батывают в течение первоrо полупериода тока к.з. В результате этоrо
реле, работающие На сравнении фаз, отличаются БОДЬШИl\l 6ЫCTpO
действием. Это ПОрОЖДает и недостаток. Работа таких быстродсЙ
ствующих реле может искажаться влиянием апериодическоЙ сла
rающей тока к. з., возникающей в переходных режимах, и rармони
ческих составляющих в на"пряжениях и I и U о. Отстройка от помех
ЯВJ1 яется важной проблемой при конструировании реле, работающих
на сравнении фаз.
r лава mреl11ЬЯ
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТоКА И СХЕМЫ ИХ СОЕДИНЕНИЙ
3-1. поrРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
.
Принцип устройства трансформатора тока [Л. 19, 20], .схема ero
замещения и векторная диаrрамма токов приведены на рис. 3-1.
Работа трансформатора тока характеризуется уравнением HaMar
ничивающих сил (н. с.), соrласно которому rеометрическая сумма
J!. с. первичной и вторичной обмоток создает результирующую н. с.
J Иilм W l, образующую основной маrнитНый поток фт, т. е.
l1tюl + J 2tю2 == JИ1iМW1.
(3 1 )
При 1 Пi:М == О
J /1
2 11'
т
(3 2)
[де пт:;::; W 2 /Wl В И Т К О вый к о э Ф Ф И ц И е н т т р а н c
. фор м а ц и и т р а н с фор м а т о р а т о к а.
ТаКИI\'! образом, при отсутст,Вии намаrничивающеrо тока TpaHC
форматор тоКа работает «идеально», без поrрешностеЙ. Ero вторич-
ный To:t( в этом случае равен первичному току, поделенному на KO
эффициент трансформации n т , и сдвинут относительно первичноrо.
тока по фазе на 180°.
92
Однако в действите.льности намаrничивающий ток не может быть
равен нулю. С учетом этоrо ВТОРИЧНЫЙ ток Z 2, найденный из ypaB
нения (3 1), получается равным:
j == ( j + '1 ) Шl :::::; ( i j нам ) . ( 3-3 )
2 1 нам W z n' r п у /
Из выражения (3-3) следует, что действительный вторичный
ток; отличается от. расчетНО20 значения, определенноrо по формуле
(3-2), на величину /Нilм/пи которая и вносит иск;ажение в величину
Фr=Фt Ф2 L '2
.,.,.. Н
!j Н
w,(z,) 14
w.z(zz) К
iii'
б)
а)
. Рис. З l. Трансформатор тока.
а ПРИНЦИП УС1роЙства; 6 схема
замещення; в веl'o;тuрная ДНаrрам
M1:I. В схеме замещения и ВеКТОр-
ноЙ диаrраММе ПрИНЯТО. ЧТО пер
ннчиыи ТОК н сопротивление пер
Бнчноit обмоткн приведены к чнслу
БИТКоВ вторичноЙ обмо1'КИ И ЧТО
. веКтор 1:1 повернут На 1800 по cpaB
нению с ero действительным иа-
" праRлеllнем.
rpr
, о)
u фазу втОРUЧ1l0iО тока. Таким образом, вследствие наличия тока J
намаенuцuаанuя 6? сторичнуlO обмотк;у трансформируется не весь '
первuчный ток) а только есо часть, что u (Jызыоает поерешность
в работе mраНСфО,Dжаmора тока"
Искажающtl:: влияние тока. НЗl\'larничивания показано на BeKTOp
ноЙ диаrрамме р НС. 3.1, 8, в основу которой положена схема зам:е
шения (рис. 3-1, б). В схеме замещения маrнитная связь между пер
вичноЙ и ВТОРИЧНОЙ обмотками трансформатора тока заменена элек-
U u
трическои, а все величины первичнои стороны приведены к виткам
вторичной обмотки.
За исходный при построении диаrраммы принят вторичный ток 12'
Вторичное напряжение и 2 равно падению напряжения в сопро-
'I'ИБJIении наrрузки Zи == r н r jXH Т. е. и 2 == '2 (r н + jXlJ). Вектор
93
вторичной Э. д. с. Е 2 равен сумме напряжений и 2 и падения напря.
жения в сопротивлении вторичной обмотки Z2 :=:: r 2 + jx 2 , т. е.
Ё 2 ==й 2 +i 2 (r 2 + jx),
или
Ё 2 == j 2 (r 2 + r н) + ji 2 (Х 2 + Хн) == i 2 (Z2 + ZH) (3 4)
и опережает /2 на уrол а.
С учетом условно принятых положительных направлений токов
u .
и Э. д. С. в схеме замещения результирующии маrнитныи поток TpaHC
фОРl\Iaтора тока фт показан отстающим от создаваемой им э. д. с.
Е 2 на 900. Намаrничивающий ток трансформатора тока / наю созда.
ющий поток фт, опережает последний на уrод у, обусловленный по.
терями в стали сердечника трансфqрмат6ра тока. Приведенный пер.
вичный ток /{ (на основе схемы замещения) находится как сумма
вторичноrо тока i 2 JI тока намаrничивания i aM'
Диаёрамма показывает, что за счет тока 1 aM вторичный то1\.
получается меньше приведеННО20 первиЧНО20 тока /1 == /l/пт на вe
личину ;)./ и смещается относительно неёО по фазе на У20Л 6. Уrол (j
очень мал и поэтому с некоторым приближением можно считать,
что;)./ == АВ == / aMsin (а у), а дуrа CD, измеряющая в радианах
уrол 6, равна отрезку ВС, т. е. что CD 6 рад == / aM COS (а + у).
Из выражений следует, что с увеличением а, зависящсrо от уrла
<Рн наrрузки вторичной обмотки, д/ растет, а уrол б уменьшается.
При а + у == 900 д/ 1 нам и имеет максимальное значение, уrло.
вая же поrрешность 6 == о.
Поrрешность в величине тока оценивается в процентах расчет.
иоrо значения вторичноrо тока /2 ::::;:: /l/ п т == /1:
fi% == ' '! . 100% == 1 , 12 . 100%. (3.5)
1 1
Поrрешность по уrлу 6 выражается в rрадусах и минутах.
Чем больше НQма2ничuвающUЙ ток трансформ,атора тока, тем
больше еёО пО2решности. Чрезмерно большие поrрешности MorYT
вызвать неправильные действия устройств релейной защитЫ. Поз.
тому уменьшение поrрешности трансформаторов тока является очень
важной задачей, и она сводится к уменьшению тока намаrничива.
иия трансформаторов тока.
3.2. ПДРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УМЕНЬШЕНИЕ НАМАrНИЧИВАЮЩЕrо
ТОКА
Ток намаrничивания (рис. 3 1, в) состоит из составляющей /;. нам,
обусловленной активными потерями на rистерезис и от вихревых
токов в маtнитопроводе трансформатора тока, и составляющей
/ . нам, создающей маrнитный ПОТОК Ф Тt который индуктирует во
вторичной обмотке э. д. с. Е 2 . Ток / .HaM > I;.ивм,
Для уменьшения / . нам маrнитопровод трансформатора тока
выполняется из шихтованноЙ стаЛИ 1 имеющей небольшие активнЫе
94
потери. Для уменьшения второй составляющеЙ 1 р. нам нужно умень-
шать фт, связанный с 1 р, нам соотношением
r
rрафически эта заВИСИI\,ЮСТЬ представляется характеристикоЙ
намаrничивания, изображенноЙ на рис. 3 2.
В начальной части характеристики ТОК намаrничива пия почти
пропорционален ФТ- При некотором, значении потока фт == Ф;
происходит насыщение маrНИТОПрОDода,
вследствие чеrо топ: намаrпичивания Воз
растает значительно быстрее, чем поток
фт, что вызывает резкое увеличение по-
rрешностей. Следовательно, для оrрани-
чения поrрешностей нужно оrраничи
вать величину маrнитноrо потока фт
или маrнитной индvкциц- ВТ ФтIS, не
допуская насыщения маrнитопровода.
Из принципа работы трансформатора
тока IЗытекает, что поток Фт должен
иметь такую величину,. при которой на-
веденная им вторичная э. Д. с. Ez была бы достаточной для KOM
пенсации падения напряжения в цепи вторичноЙ об!\10ТКИ. Как
известно, ноток ФТ связан с наведенноЙ ИМ э. д. с. Е 2 выра:ш:ением
1 ФтR м
р.нам === .
(3 6)
Е 2 =ф.рВ т
Оuласть IftlСсIЩР/lt/Я
r МIlШL/тОЛjJ&#оilи
I
I
I
IН2м(tlш н l{М)
Рис. 3 2. ХараКТt'jJI1Стика Ha
маrничиваниЯ трансформа-
тора то ка.
ф .Е 2
т:::;; 4,44Ш:.i . 10 В'
rде соrласно (3.4)
Е 2 . !2(Z2+ Z И)' (3 7)
Поскольку вторичный ТОК 12 [l/пн то с увеличением [1 И Zи.
э. д. с. Ez растет, а следовате.льно, растет :r..,шrнитный поток Ф-r
И намаrничивающиЙ ток 1 нам'
Таким образом, дл я уменьшения Фl' (а следовательно, и lпам)
нужно уменьшать Е 2 , стремясь к тому, чтобы при М3Ксю.faЛЬНЫХ
значениях тои.а к.з. возникающий в траНСфОРl\шторе поток Фт не
насыщал маrнитопровода. Уменьшение Е 2 достиrается УJ\.Iеньшением
Zи и У1'I НLшепиеl\,f вторичноrо тока 12 путе!\1 повышения коэФ-1 т циента
трансформаuии трансформатора тока I1 т ,
Существенное влияние на величину намаrничивающеrо тока 01\а-
зывают конструктивные параМетры.
Как вытекает из выражения (3-6), для уменьшени'я 1 р пам He
обходимо уменьшать маrнитное сопротивление RM и увеличивать
число витков первичной обмотки Шl' Для уменьшения RM ::::::: l/J.tS
нужно увеличивать сечение стали маrнитопровода S, сокращать
путь l, по которому замыкается поток фт, И применять сталь с BЫ
со[{ой маrНИТНОЙ проницаемостью J1., добиваясь увеличения прямоли-
нейноЙ части характеристики намаrничивания трансформатора тока
и ее крутизны.
95
TOKU,j.l образОМ j для УJ.1еНЬШЕftUЯ по?решносmей трансформатор
тока дОЛJlсен раБOlпаmь впрямолuнейной части своей xapaKтepиcти
1Си на.frtа?нuчuванUЯ. Это условие обеспечивается: а) конструктив
ными пара ,Iетрами сердечника; б) правильным выбором наrрузки
вторичной обмотки Zп и в) снижением величины вторичноrо тока,
что достиrается выбором соответствующеrо коэффициента TpaHC
формации п т ,
Поrрешности трансформаторов тока резко возрастают в первый
момент к. 3., коrда в первичном токе имеется апериодическая COCTaB
ляющая (CIi>1. lO 3), это необходимо учитывать при расчете быстро
действующих защит.
3.3. ТРЕБОВАНИЯ 1( ТОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
И ИХ ВЫБОР
ТраНСфОрl\1аторы тока подразделяются на классы точности. Ка)к.
дый класс характеризуется допустимоit величиной поrреШИОСТI),
установленной из условий точной работы измерительных приборов.
В СССР дЛЯ промышленных установок изrотовляются трансфор
маторы тока классов: 0,5; 1; 3 и Д. Пределы их поrрешностей опре-
деляются rOCT 7746 68 и прИведенЫ
. т а б л и ц а з 1 :в табл. 3 1.
Трансформаторы тока класса Д ПреД
назначаются для дифференци льных за
щит J и их поrрешности при номиналь-
ном токе не нормируются. Работа TpaHC
фОрl\lаторов тока с поrрешностью, COOT
ветств ующей ero классу J обеспечивается
лишь при токах, не превышаюu их 120%
..
номинальноrо, и вторичнои иаrрузке, не
выходящей за пределыI номинальной
мощности.
liоминальной мощностью
трансформатора T OKa назы
вается t\.lаr-:симальная наrрузка, выраженная в вольт амперах, при
которой ero поrрешНОСТЬ не превосходит величины, установлен-
нои для данноrо класса. Эта мощность равна: sHoы == U 2 J 2 или С уче-
том, что .
Поrосшность по
rOCT при номиналь-
ном токе
:к:.ласс
по току.
О/
/о
по уr.лу,
мин
O 5
1
3
+ 40
+ 80
Не нор-
мируется
Не нормируется
:t 0,5
:Ll
+ 3
д
и 2 === 1 2 z иом , SHOIo1 == J ZHOM'
(3 8)
Обычно номинальная мощность указывается при номинальном
токе вторичной обмотки (5 или la) или характеризуется значением
сопротивления вторичной наrрузки, которое соrласно выражению
(3 8) равно ZИОМ === SHOM! J OM'
В оm/luч.uе от измерuтелbi-tых прuборов для устройств релейной
защиты опреде/lенная точность работы трансформаторов тока
необходима zлавНblМ образом при токах повреждения. Поэтому по
rрешности, характеризующие класс точности, не MorYT слу
96
жить основанием для выбора трансформаторов тока, питающиж.
"-защиту. '
Исходными для выбора mрШlсформаmОрОd тo"a J предназна/.{аемых
для питания ЗQu{uты} являются максим аЛЬНblU ne рвuчный шок
1 макс, расч, при котором требуется их точная работа, и насРУЗКrJ
ею вторичной обмоmки ZH' ТОК точной работы J маКС.расч зависит ОТ
типа защиты. ДЛЯ ОДНИХ зап ит он
равен их току срабатывания, ДJIЯ
друrих максимальному току к. З.,
проходящему через трансформатор
тока. На основании опыта эксплуа-
тации и ТЕ;оретическоrо аНaJIиза
для большинсmва защит доnу- м
,
скается nOlрешносmь по ве.лuцuне зо
тока не более 10% u по ус.лУ
до 70.
Руководствуясь этим условием,
производят выбор трансформато
ров тока по кривым 10% ной по-
rрешности (рис. 3-3).
Кривые 10% -НОЙ поrрешности
дают зависимость максимальноЙ
кратности т 1о первичноrо тока ОТ
сопротивления наrрузки вторич-
ной обмотки lИJ при которых 110-
rрешность трансформаторов тока
равна 10%. Кратность m 1о ==
== 11M3KcIIIHoM rде IIMaKc макси
ма.пьный первИЧНЫИ 'ток при ука-
занных условиях. а lllIOM поми-
нальный первичный ток трансфор-
матора тока.
При поrрешности 10% транс-
форматор тока работает у точки
переrиба характеристики Н3М3rни-
чивапия (рис. 3 4). т. е. достиrает
начала насыщения. Соответствую-
щий этой точке ток /П3С И является
указанным выше током IlMaкc' 3 исимость ml O === f (Z8) дается ДЛЯ
случая, коrда уrол а + у == 90 ,", в действительности StTOT уrол
меньше 900 и поэтому д[ < 10%, Про в е р к а т р а н с фор
м а т о р о в т о к а п о 10%. н ы C.:J( р и в ы м [л. 88, 89, 211
ведется следующим образом. ".
Выбирается тип трансформатора И"еrо номинальный коэффициент
трансформации. По условиям правильной работы рассматриваемой
заII ИТЬ на ходится величина расчеТНОfQ тока К, Э. 1 расч. raK(, при
которои поrрешность питзющеrо ее тра!!СФ {Jматора тока не должна
превышать ДОПУСТИМОЙ (1 О % и 7О).
4 н. В. Чернобровов
.'с
'ОО
9
80
70
60
50
:i
с .
:"о. 3 OO/S
,,\ '\ I ,
,\, 75/5; 1S0;.7 lL ZOO!J
5 S/J/S" 100/5 \
"
, ,
- \
I \\
j
' ;
I
20
'о
9
8
7
6
'"
J
2
7
а! 0.2 сц a О,б Ц8JД 1 3 у 5 ti 780.ll
1.'1 = Zl1
Рис. З 3. Кривые 1 0% НОЙ поrреш
насти трансформатора тока типа
ТПФ на 6 lO кв дЛЯ сердечника
класса 1.
97
При этом токе вычисляетсЯ расчетная кратность первичноrо тока
по формуле [л. 88]:
т 1 маКс flЗС'l
р асч ,.., 1 '
w 1 ном
(3-9)
rAe ka коэффициент, учитывающиЙ влияние апериодической со..
ставляющеи в переходнЫХ процеСС:lХ при коротких замыканиях на
работу трансформаторов ТОКа. Пр и нимаетс я равным 1,2 2. Для
защит, не подверженных влиянию переХОДНЫХ процессов (например,
защит с БНТ) ka === 1; а == 0,8 коэффициент, учитывающий ДО-
пустимое [ОСТ 7746 55 отличие действительной кратности от ука-
1 зывас:мой заводом изrотовителем тран-
2 сформаторов тоКа.
После этоrо, пользуясь КРИВЫМИ
1 О % - НОЙ поrрешносТИ, находим допу-
стимую наl РУЗКУ Zд, соответствую..
щую полученной кратности m расч ,
Действительнап наrрузю:J. ZfI должна
равняться или быть меньше допу-
стимой ZД'
Кратность наСЫЩёНИЯ. Для тран-
сформаторов тока классов 0,5; 1 и
;З.. вместо кривых 1 О % НОЙ по..
rрешности обычно дается KpaT
ность ИХ насыщения тип с == 1 иас! J пом
при НОl\'lинал ьной вторичной наrруз
ке 2 1Iом С коэффициентом мощности, paBHbIl\1 0,8. При / нас, как
показано на рис. 3 4,. поrрешность достиrае'f 10 % + в этом слу-
чае выбираемый трансформатор тока ДО.л:жен иметь т нзс m расч ,
а ero нзrрузкз удовлетворять условию
1I
......"-1
:t
......,
"
t;
I
нас
p ]c. З 4. ЗавиClВЮСТЪ ВТОрИЧ
Horo тока трансформатора от
Пt'рничноrо.
J l'торичный ток идеальиоrо
,ранеформатора тока 12 """ 11/п T ;
2 действнтельныii ВТОрИI.j!iЫЙ ток.
ZH < zяом.
Максимальная кратность. В техничесКих данных на трансфор-
мзторы тока указывается также ВСЛИЧJfиа максимальной КР,атности
вторичноrо тока т МаКС ===: /2 MIlHCJ121JOil'H которую можно получить от
трансформатора тока при номинальной наrрузке'fном' С По ко ффици
енту максимальной кратности тм"кс можно определить наиБОЛhlIIИЙ
вторичный ТOI:<, KOTOPbII':'1 способен дать данный трансформатор тока
(рис. 3.4):
J 2 мо КС == т м 2.Кс. J 21,01.1'
При ЭТОМ До!lЯ определения максимальноЙ кратности т МаКС х прн
наrрузке zx, отличной от Zпоrо пользуются формулой
Zt+ZIIO!ll
m H!l(C х :::::= m,,'IflКс, Z +z .
. 2 Х
(3..1 О)
Эта величина ИСПОollьзуется для проверки надежности действия
токовых защит, е ли питающие их трансформаторы тон:а при боль..
ших ТОIШХ К. 3. насыщаются.
98
Характеристика намаrничивания [Л. 21 J. При отсутствии CBeдe
Н}]Й о поrрешности трансформатора тока ero приrодност ь для дaH
ной защиты и допустимая наrрузка вторичной цепи ZH MorYT быть
приближенно оценены по характ ристике зависимости вторичното
тока намаrничивания 12нам ОТ вторичноrо напряжения и 2 . XapaK
теристика снимается опытным путем по схеме, приведенной на
рис. 3 5, а. Меняя напряжение и 2 на зажимах вторичной обмотки,
измеряют соответствующий
каждому значению и 2 ток во
вторичной обмотке, который
является током намаrничива
ния 12 намо На основании по
лученных данных строится за
висимость и 2 === f (12 нвм) (рис.
З 5, б).
Вследствие малой вели
чины сопротивлеIIИЯ вторич-
ной обмотки Z2 принимается,
что и 2 Ez, и тоrда полу
'ченная характеристика можеТ а схема снятия характеристнки; й заВIi
сю.юстЬ и 2 ::::: f (1 нам)'
рассматриваться как зависи
l\IOCTb Е 2 == f (I2HaN)'
На основании этой характеристики l\ЮЖНО определить значение
Е 2 , при котором наступает насыщение, и, пользуясь формулоii
(3-7), вычислить допустимую наrрузку при заданном токе к. з.
Вторичный ток. Трансформаторьr тока выполня}Отся со вторич
ным номинальным током 5 а и 1 а. .i\10ЩНОСТЬ наrрузки SHHP === пZj{.
Поэтому одноамперный трансформатор тока может нести наrрузку
в 25 раз большую, чем пятиамперный, имеющий те )ке параметры.
3-4. ОБОЗНАЧЕНИЕ ВЫВОДОВ
[211йМ
UJ;:i:;; Е 2
...
[ZHal.l
1)
а}
Рис. 3 5. Зависимость вторичноrо напря
женин от TDKa намаrничивания.
При изrотовлении трапсфqрматоров тока ВЫВОДЫ их первичной
и вторичной обмоток условно обозначаются (маРIПlРУЮТСЯ) тю{,
чтобы при помощи этих обозначений можно было определять Ha
правление вторичноrо тока по направлению перВичноrо.
ВЫВОДЫ первичной обмотки MorYT uбозначаться произвольно:
ОДИН из них принимается за начало Н, а второй за конец об-
мотки К (рис. 3 б, а). Маркировка же выводов вторичной оБI\ЮТЮI.
ВЫПО.1Jняется по слеДующему правилу.
При nрохожденuu тока 6 nервuчной обмотке OJп начала Н к концу
К за начало вторuчнqЙ оБJrюmкu н прuнuмаеmся тот ее GblGoд J из
котОРО20 6 этот MOMJHm ток вытекает в цепь на2РУЗКll (рис. 3--6, а).
Соответственно BTOPO ВЫВОД вторичной обмоткипринимается за
конец обмотки к. .
При обозначении выводов вторичной обмотки по указанному
выше правилу ток в обмотке реле, ВКrIюченноrо во вторичную цепь
трансформатора тока, имеет такое же направление, как и в случае
4*
99
ВI{лючения реле непосредственно в первичную uепь (рис. 3.6, а).
В СССР принято обозначать начало и конец первичной обмотки
>трансформаторов Л 1 и J/ 2 , а начало и KOHeu вторичной обмотки
11 1 И И 2 (рис. 3.6, 6).
/f
ff
и)
/2
Л f
J'l
I
Itz
fIg
8)
Рис. 3 б. Обознач:ение ВЫВОДОВ оБМ010К трансформатор
ТОКа.
а праВИJ!О маркировки ВЫВОДОВ; 6 обозначения ВЫВОДОВ
на траШ:фОРМ8торе; в обозиачение из схемах.
Пользуясь указанными обозначениями выводов, производят
ВJ<лючени обмоток реле направления мощности, ваттметров и не-
которых друrих приборов и выполняют
соединения вторичных обмоток TpaHC
форматоров TOI{a в заданные схемы.
Обозначение одноименных ВЫВОДОВ на
схемах поКазано на рис. 3.6, 8.
На рис. 3 7 пОI<азаны направление
вторичноrо тока и маркировка выводов
при одинаковом и различном направ-
...
лениях намотки витков первичнои и
. " б
вторичнои О МОТОК при условии, что
первичный ток в обоих случаях направ
лен от Н к К. Направления потока Фl
и вторичноrо тока определяются по
прэвилу буравчика.
J
ф,
I
"'-'
н
f(
/(
tt
/,
1
tI
/(
j, ff
" [
'2
Фz
Рис. 3 7. Направление 8ТО-
ри QHOrO тока в зависимости
от направления намотки вит
ков вторичной обмотки.
ф,
З 5. ИЗОБРАЖЕНИЕ ВЕКТОРОВ ВТОРИЧНЫХ ТОКОВ
Направление векторов вторичноrо тока /2 на диаrрамме зависит
от 'положительноrо направления тока, принятоrо для вторичной
обмотки. Если положительное направление вторичноrо и первич-
Horo токов принято совпадающИМ, например направленным 01' на-
чала к концу (рис. 3 8, а), то при прохождении по первичной об
мотке тока положительноrо направления ВТОРИЧНЫЙ ток БУДет иметь
отриuательныЙ знаки изобразится на векторной диаrрамме Bel{TO
ром, противоположным вектору первичноrо тока. Если же принять
100
за положительное направление вторичноrо тока ток обратный первич
ному (рис. 3 8, б), проходящиЙ от конца к началу вторичной обмот
ки, то знаки первичноrо тока
тока будут одинаковы, а их
векторы будут совпадать.
Второй способ удобнее пер
Boro, так как он позволяет
при построении векторных
диаrрамм вторичные и пер
вичные токи считать совпа
дающими. Поэтому он при
нимается в дальнейшем изло
жении.
В рассмотренных построе
ниях поrрешность трансфор
маторов тока не учитывается.
и соответствующеrо ему вторичноrо
1,
J, Tl 1/
Н fi
'/2
f{ +
К f(
а)
' };
6)
Рис. 3 8. Изображение векторов вториq..
Horo тока.
. 3 6. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
а) Типовые схемы и их анализ
Питание устройств релейной защиты током сети производится
по рассмотренным ниже типовым схемам соединений трансформа
торов тока и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из
этих схем зависят от характера распределения токов в ее ВТОРИЧ 4
ных цепях в нормальных и аварийных условиях. Для нахождения
токораспределения в схеме сначала показываются положительные
направления действующей величины первичных токов при раС 4
сматриваемом виде к. з.; затем наносятся стрелки вторичных токов
в каждом трансформаторе тока, по которому проходит первичный
ток, после чеrо показывается путь, по которому замыкается вторич
ный ток каждоrо трансформатора тока. Если в каком либо элементе
схемы (проводе или обмотке реле) вторичные токи разных фаз скла--
дываются или вычитаются, то результирующий ток в эТОМ элемен
те находится путем rеометрическоrо сложения или вычитания СООТ-
аетствующих векторов фазных токов с учетом их сдвиrов по фазе.
Для каждой схемы соединений можно определить отношение
тока в реле 1 р к току в фазе 1 ф. Это отношение называется к о э Ф ...
фициентом схемы
kcx == 1! .
Ф
(3 IOa)
Коэффициент cxeMы учитывается при расчете уставок и оцен-
ке чувствительности защиты.
Ниже рассмотрены основные типовые схемы, анализируется
-токораспределение в них и определяется их область примене..
ния.
101
б) Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле
в полную sвезду
Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторич
ные обмотки трансФорматоров тока и обмотки реле соеДиняются
в звезду и их нулевые точки связываются одним п роводом, наЗЫВ8е
мым нулевым (рис. З 9). В нулевую точку объединяются одноимен
А В С lIые зажимы обмоток трансфор
маторов тока.
[А! 1 8 ! 1 с t при н о р м а л ь н о ы
1 режиме и трехфазном
п к. 3.., как показано на рис. З 9,
...,..,.... ш в реле 1, I 1 и 111 проходят токи
фаз
I == 1 А 1 в [с
а . lb== ' lc== ,
n т n т n т
.
t
lc
]у
.,
3]о { :r
а в нулевом проводе их reo..
метр-ическан cYMI'ila
lIl.n:=;(ia+ib+ic), (З 11)
Рис. 3 9. Схема соединения трансфор
маторов тока и обмоток реле в звезду.
которая при симметричных режимах (при наличии и отсутствии за
зе!\fления в точках Н и К) раВН8 нулю (рис. з 10, а).
При Д в у х фаз н ы х к. 3. ток к. з. проходит только в двух
поврежденных фазах и соответственно в реле, ПОДI\:люченных к TpaHC
форматорам тока поврежденных фаз (рис. З IО, 6), ток в неПО
врежденной фазе отсутствует. Соrласно закону Кирхrофа сумма
т.оков в .узле равна нулю, следовательно, i в + i с =:::::; О, отсюда
1 с == I в.
С учетом этоrо на векторной диаrрамме токи 1 в и I с показаНlJ
сдвинутыми по фазе на 180.0 (рис. З 10, 6).
Ток в нулевом проводе схемы равен сумме токов двух повре}к
денных фаз (1 ь и I с), но так как последние равны и противоположны
по фазе.<рис.. З 10, 6), то ток В нулевом проводе также отсутствует:
lи.п Ib+ lc === О.
Поэтому реле lV, включенное в нулевоЙ провод, не будет реаПl
ровать на наrрузку и междуфа3ныIe к. з., в чем состоит важная оса.
бенность схемы звезды.
В действительности в результате н е и Д е н т и ч н о с т и ха.
рактеристик и п о r реш н о с т е й трансформаторов тока сумма
вторичных токов в обоих случаях отличается от нуля. В нулевом
проводе проходит некоторый остаточный ток, называемый т о к о м
н е б а л а н с а I H . n =::: I llб . При нормальном реЖИJ\lе ток неба.
ланса имеет величину порядка 0,,01 O,2 а. При К. 3-. В связи с уве.
личением токов намаrничивания величина тока небаланса возра
стает.
При однофа.зных к.з. первичный ток к.з. проходит
только ПО одной поврежденной фазе (рис. з 1 О, 8). СоответствующиЙ
102
ему вторичный ток проходит также только через одно реле и замы
кается по ну левому проводу .
При Д в у х фаз н ы х к. з. Н а з е м л ю (рис. 3 1 О, 2)
ток проходит В двух реле, включенных на поврежденные фазы (на..
пример, В и С). В улевом проводе проходит rеометрическая сумма
этих токов, всеrда отличная от нуля, что следует из их веl(ТОРНОЙ
диаrраммы.
При Д в о й н о м. з а м ы к а н и и н а з е м л ю в р а' з -
н ы х т о ч и: а х прохождение токов в сети показано на рис. 3 10, д.
:: А
fc с :
IA
.........../В /1
lc
..l...
"
l
'4 А
F f :
[8
14
.
10
. ..
18 = . lс =tJ
. l' . . 1 .
10=з (4 +10 +lc) =у Iд
б)
/r
. ,.. . .
.4:::J( +le+lc)=O
а)
"'=0
p:: : i
H
f =j(io+ ) .
: 10
л;
{с
2)
Zc= /8
. . 1. . .
l =п., = /l+l"'J, ) =O
;д и O J (.tA 8 'с
о)
f'
[е
=O
""'''"' .18
Iс=О
.
l lo :
I
I
[ o
'O
. 1.
10=316
о)
Рис. 3-10. Векторная диаrрамма токов.
а при трехфазном к. З.; б при двухфазном к. З.; в при
однофазном коротком замыкаини; е при двухфазном к. з. на
землю; д при двойном замыкании иа землю в разиЫх точках.
На участке между местами замыкания на землю условия аналоrичны
однофазному к. з., а между источником питания и ближайшим к He ..
му местом повре}кдения они -соответствуют дву фазному к. 3.
Нулевой провод схемы звезды является Ф и л ь т р о м т о к о в
н у л е в о й п о с л е Д о в а т е л ь н о с т и. Токи прямой и об-
ратной последовательностей, как видно из рис. 3 11, а, в нулевом
проводе не проходят, так как векторы каждой из ..этих систем дают
в сумме нуль (рис. 3 11, б и в). Токи же нулевой последовател:ьнос и
(рис. 3-11, 2) совпадают по фазе, и поэтому в нулевом проводе про-
ходит утроенное значение этоrо тока / н.п === 3/0'
При нарушении (обрыве) вторичной цепи одноrо из трансформа..
торов тока в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы,
103
что может привести к непредусмотренному действию реле, YCTaHOB
JJeHHorO в нулевом проводе.
В рассмотренной схеме реле усmаН08ленны,е в фазах, реаzuруют
на все виды к. 3., а реле в нулевом пРО8оде только на К. 3. на землю.
tJl lt1 Н+ l м 2 Q1BOfo
111
........
.
'СI r 'В2
Jl{ lВ/ 'С2
о ...-.о
n) о) В) 2)
Рис. 3 11. Прохождение токов симметричных составляющих в схеме
звезды.
а токораспределенне в схеме; б е "екторы ТОКОВ прямой, обрат
НОЙ н нулевой последовательностей.
Схема соединения в звезду применяется в защитах, действующих
при всех видах к. з. Ток В реле равен току в фазе, поэтому коэф
фициент схемы, определяемый выражением (з 11), kcx == 1.
в) Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле
в неполную звезду
Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах и соеди-
няются так же, как и в схеУ\1е звезды (рис. З 12). В реле 1 и J J 1 пр
ходят токи соответствующих фаз
[А /с
J :=; и J ==
а п с N t
'1 Т
рА /б 1"
I
ш
..........
а в обратном проводе ток равен их rеометри-
ческой сумме:
i 06 == (1 а 1 с),
учe'!'QМ векторной диаrраммы (1 а +
+ J с) :::=:: 1 Ь, т. е. 1 об равен току фазы, от-
сутствующей во вторичной цепи. При Tpex
фазном к. 3. И нормальном режиме токи
проходят ПО обоим реле J и 11 J и в обратном
проводе. В случае двухфазноrо К. з. токи по
являются в одном или двух реле (1 или J J I} в завИСимости от TOrOt
какие фазы повреждены.
Ток в обратном проводе при двухфазных к. 3. между фазами
А и С . В которых установлены трансформаторы тока, соrласно
рис. 3 1 О, 6 с учетом, что I а ==: I с, равен tIулю, а при замыканиях
между фазами АВ и Ве он соответственно равен lоб 'а и /об 1с.
Рис. 3 12. Схема соеДИ
нения трансформато
ров ТО ка и обмоток pe
ле в неполную звезду.
104
в случае однофазноrо К. 3. фаз (А или С), в которых установлены
7рансформзторы тока, во вторичной обмотке трансформатора тока
и обратном проводе проходит ток К. 3. При замыкании на землю
фазы В, в которой трансформатор тока не установлен, токи в схеме
защиты не появляются; следовательно, схема liепОЛIlОй звезды реа..
2ирует не Ilа все случаu однофазllО20 К. з. и поэтому прuменяеmcя
только для защит действующих при м.еждуфазных повре:жденuях.
. Коэффициент схемы kcx == 1.
r) Схема соединения трансформаторов тока в треуrольник,
а обмоток реле в звезду
Вторичные обмотки трансформаторов 'тока, соединенные после
довательно разноименными выводами (рис. 3 13), образуют треу-
rольник.
Реле, соединенные в звезду, подключзются к вершинам этоrо
треуrОJlьника. Из токораслределения на рис. 3 13 видно, что в каж-
...
! IА 1 r в
f
/п
}Jl1 п
.
4
Рис. 3 lз. Схема СJеДииения
:трансформаторов тока в Tpe
rольник, а обмоток реле
в звезду.
Рис. з 14. Векторная
диаrрамма вторичных
токов в схеме на рис.
3-13.
-
u u
дом реле проходит ток, равныи rеометрическои разности токов двух
з: .
i r J А 18 ; i 11 =:;; li J c ; 111 1 == c / А .
п т п т п т п т п т п т
На .основании этих вырах{ений и с учетом векторных диаrрамм
токов 1 А, 1 в И/с (рис. 3..1 О) находятся токи, проходящие в реле при
разных видах к. 3.
При HarpY3Ke и трехфазном К. 3. В реле проходит линейный ток,
в уз раз больший тока фазы и сдвинутый относительно Hero по фазе
на 3013 (рис. 3 (4).
В табл. 3-2 nриведены значения токов при друrих видах к. 3.
В предположении, что коэффициент трансформации трансформаторов
тока рзвен единице (пl' :;;;= 1).
105
Т а б л и Ц а 3 2
ТОКИ D рел;;
в ид KopOTKoro
замыкания
Повреж-
ДE'I{ные
фазы
Токи в фазах
1 11 'II
jА iл iJ3 jc jC jA
А. В
/B=== /A
{с==о
2/ А
/л
IA
Двухфазное
В, С /C== /B /I3 2/ л /с
/ А ::=:; О
С. А
/.4:::::;: /c
/л==о
/А
/
с
2!с
А
/A /K
/п и IC-::=:()
[А
о
/A
в
/13==/"
/А и (с:::=о
/B
/[)
о
Однофазное
с
/ С == 1
к
/А И /B O
о
lC
Ic
т аким образом, схе.ма соединения траflСфОрJi.tОnЮрОВ тока в тре.
уеольнuк обладает следующими осо6енносtпями:
]. Токи в реле проходят при всех видах к. 3. и, следовательно,
защиты по такой схеме реаrируют на все виды к. з.
2. Отношение тока в реле к фазному току зависит от вида к. з.
3. Токи нулеJ30Й последовательности не выходят за пределы Tpe
уrольника трансформаторов тока, не имея пути для замыкания через
обмотки реле.
Отсюда следует, что при к. З. на землю {1 реле nQпадают только
токи прямой и обрапmой последоваmельносmей l т. е. только часть
тока к. з.
Описанная 6ыlеe схема применяется (1 основном для дифференци
альных и дистанционных заu{ит.
Поскольку в рассматриваемой схеме ток в реле при трехфазных
симметричных режимах в V 3 раз больше тока в фазе, коэффициент
схемы соrласно (3 lO) равен:
..r /
k J ==: /р === t' 3 Ф == V 3.
lф /ф
д) Схема соединении с двумя трансформаторами тока и одним
реле, включенныМ На разность ТОКОВ двух фаз
Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах (например,
А и С на рис. 3 15); их вторичные обмотки соеДИНЯЮТСЯ разноимен
106
ными зажимами, к которым (параллельно вторичным обмоткам)
подключается обмотка реле.
Из токораспределения. покзззнноrо на рис. 3-15 для случая,
коrда по первичной цепи проходят ПQJ]ожительные токи 1 А, / в, 1 с.
находим, что ток в рме / р равен rеометрической разности токов двух
фаз / а и 10 т. е. . .
/р 1 а 1,) (3 12)
rде
. /А
l a ===
N.. t
.
Ic
а lc== '
n т
Тон: в реле для различных случаев к. з. и наrрузки находится
с учеТОl\'J прохождения первичных токов при рассматриваемом ре-
жиме по выражен ию (3 12) с помощью
векторных диаrраl\.IМ токов 1 а и [с.
При симыетричной" Ha
r р у з к е и т р е х фаз н о м к. з.
распреде.пение первичных и вторичных
ТОКоВ соответствует рис. 3 15. Поль
эуясь векторной диаrраммой на рис.
3 1 О, а, находим по (з 12). что I а lс
в Vз раз больше тока в фазе (1 а и [с) и,
следовательно,
[ ' == V 3 1 ф .
, (3-12а)
l
(о
1C
.
.
. . ..
lp=la-.fc
Рис. 3-15. СХ€1I1З соединения
трансформаторов тока на раз-
ность тОКОВ ДВУХ фаз.
п р 11 Д В У х фаз н о м К. 3. на
фазах А и С (рис. 3 10, б) В реле по-
ступает два тока / А И 1 с с учетом векторной диаrрзммы 1 с == I А;
следовательно, и Iс:== la' Подставляя это значение [с в (З 12»)
получаем:
[ } == 2/ а =-= 2/ ф,
(3-126)
тде lф /а.
При дnухфазном к. з. между А и В или В и С в реле поступает
ток ТОЛЬКо одной фазы 1 А или 1 С, поскольку на фазе В нет TpaH
сформатора тока, отсюда по (3-12) получим:
l I21 [
р ф,
(3 12B)
rде 1 ф == 1 а ИЛИ 1 ф == [с'
Из (3 12а) (3 12з) видно, что ток в реле а следоваmeльно
и чувствUfnельность. схемы., при разНЫХ видах к. З., будет,различной.
НаименьшиЙ ток lр, и поэтоr.лу наихудшая чувствительность, будет
при К. 3. между двумя фазами (АВ и ВС), ИЗ которых одна фаза (В)
не имеет трансфорыатора тока.
По сравнеНИIО со схемой ПОЛНОЙ и двухфазной звезды данная
схема имеет худшую чувствительность при к. з. между АВ и ВС.
Действительно, при одной и той же наrрузке линии 1 ф === 1 н, в пер
БЫХ двух схемах в реле будет поступать ток 1 р == 1 НJ а в рассматри-
ваемой схеме со)'ласно (3-12a) /р;;;;;;;; VЗ- I ft -,
107
В соответствии с этим ток срабатывания I p реле в рассматривае-
мой схеме будет в уз раз больше, чем l p в первых двух: 1 p == v 3 х
х I p. В то же время при двухфазном к. з. между фазами АВ
и Ве в реле всех трех сравниваемых схем ток J р === J ф === 1':); следо
вательно, если для схем по рис. 3 9 и 3 12 k q == 1::"/ I p, то для схемы
по рис. 3 15
о'
Jf2) р:н
kч / == Jf. и
с. р 3 . 1 с. р
и будет в У3 раз меньше. Указанный недостаток (пониженная чув
ствительность при двухфазных к. з. на линии между фазами А В
и ВС) нужно учитывать при применении схемы.
В случае двухфазноrо К. з. между фазами В и е за силовым TpaHC
форматором с соединением обмоток звезда треуrольник ток в реле
/р == lа 'с оказывается равным нулю; так как ТОКИ 1 а и Iс равны
по величине и совпадают по фазе, что видно из токор.аспределения
на р.ис. 3 17. Таким образом, при этом случае повреждения реле не
будет действовать, что является существенным недостатком схемы.
По этой причине однорелейную схему нельзя применять для защит,
KOmOpbLE должны дейсп180вать при К. з. за трансформаторами с сое...
динением оБJwоток. л/ 6,.
В случае однофазных K з. на фазе не имеющей трансформаторов
тока (фаза В), ток в реле равен нулю, поэтому схема с включением
на разность токов двух фаз не может использоваться в качестве
защиты от однофазных К. з.
Рассматриваемая cxeJwa может применяться только для защипlbl
от междуфазных К. з. в тех случаях, коrда она обеспечивает необ
ходимую чувствительность при двухфазных к. з. и коrда не требу..
ется ее действие при к. з. за трансформатором л/ 6,. .
1
Коэффициент схемы при симметричных ре>кимах Iic == / ==
== v 3, с учетом что в этом режиме 1 р == у 31 ф. ф
е) Схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов
нулевой последовательности
Трансформаторы тока устанавливаются на трех фазах, одно-
именные за}кимы вторичных обмоток соединяются параллельно
и к ним подключается обмотка реле (рис. 3 16).
Из показанноro на схеме распределения токов следует t что
ток в реле равен еометрической сумме вторичных токов трех фаз:
j р === j а + j ь + j С.
ЭТО значит, что Iр === 3/0, и, следовательно, рассмотренная схема
является фильтром токов нулевой последовательности. Ток в реле
появляется только при однофазных и двухфазных к. з. на землю,
так как только tlРИ этих повреждениях появляется 10. Поэтому схе..
мв применяется для защит от замыканий на землю.
108
При наrруэках, трехфазных и двухфазных к. 3. сумма первич
iflЫХ токов трех фаз равна нулю, соответственно ток 10 == О и реле Р
Не действует. НО из за поrрешности I 18 10
трансформаторов тока сумма вторич А I В I С l
ных ТОКОВ не балансируется и В реле t t
появляется ток небаланса Iнбt что .
}Iеобходимо учитывать при примене
нии схемы.
Включен е реле по схеме на
рис. з 16 равносильно ero включе-
нию в нулевой провод звезды по
рис. 3 9.
Рассмотренная схема часто На-
зывается т р е х т р а н с фор м а -
т о р н ы м фильтром токов 10'
.
.
1ff
Рис. 3 )6. Схема соеДинения
трансформаторов тока Б фильтр
токов нулевой лоследователь
ности.
ж) Токораспределение при двухфазных коротких замыканиях
З8 трансформа торами с соединением обмоток звезда ..... тре..
уrольник
Особым случаем по характеру токораспределения являются ДBYX
фазные к. з. за трансформаторами с соединением обмоток А/6
IIЛИ 1'::,/ A На рис. 3-17 показан пример TaKoro токораспределения
для наиболее распространенной rруппы соединений А/ D 11.
Для простоты принимается, что коэффициент трансформаиии TpaHC
форматора N T :::::= 1. При этом отношение линейных токов обмоток,
соединенных в А и , равно 1, а токов в фазах ·
J)... W 6
=== VЗ.
... 16 wJ...
При двухфазном К. 3. на стороне треуroльника, например между
фазами Ь и с (рис. 3 17, а), ток в неповрежденной фазе la :::::;: О, а токи
в поврежденных фазах Ь и с равны току к. 3., Т. е.
/с== Ib===-/K8
Как видно И3 рис. 3-17, а, в треуrольнике ток 1 к делится на две
части: одна замыкается по обмотке фазы с и друrая по ЛОCJJедо
вательно включенным обмоткам фаз Ь и а. Сопротивление второй
цепи в 2 раза больше, чем первой. Поэтому ТОК в обмотке фазы с
2 1
равен 3 / к' а в обмотках а и Ь а/к'
Токи на стороне звезды соответствуют токам в обмотках oднo
именных фаз треуrольника и превышают их с учетом (3-13) в VЗ раз.
Из рис. 3 17, а следует:
.../ JK V .. 'к
/А==/а!::.. у 3 == 3 3 == "lr .
.. r 3 ·
Iв /мVз; Iс Iс"V3 ;з Iк,
( I 3)
(3 14)
109
При К. 3. между фазами аЬ и са картина распределения токов
будет а налоrичной.
Таким образом, при двухфазном К. з. на стороне треуrольника
трансформатора ТОКИ на стороне звезды появляются во всех трех
фазах. В двух фазах они равны и одинаково направлены. В третьей
фазе ТОК противоположен первым двум и равен их сумме, Т. е. в 2 pa
за больше каждоrо ИЗ них.
Подобным же образом можно найти распределение токов при
двухфазном К. 3. на стороне, звезды (рис. 3 17, 6). При этом, как
следует из рис. 3 17t б распределение и соотношение токов на cro
.......... с
а)
[8 {а j с; А
6
11\' t
(с 18 С
l ", Ifr
А .-з
la IttЛ:::О
I/'/J
а
'8 'А
8k
18 = fl
l z{к.
8
/J
8
[ел 'с
A/t:cl/; N r ;;;:l; НiJ"'J3JPл
l.t =0 1. :.l1L
а а:?
.
1 ""IK
.........
.
h =2 IK
/J
.
I,,= ll(
.............
.
о) L1М, п; кт=!; :::l.1щ
Рис. 3 17 Т()IЮJ> l"пnеделеRИЯ и векторные диаrраммы токов при
B)' хфазныхк. 3. за тр-ансформаторами с соеДинением об!\IOТОК.
а ).16.; б 6./Л.
ране треуrольника получается таким же, как и Б предыдущем слу.
чае на стороне звезды. Анализируя условия рабarы защиты, ВЫПОJ1
ненной по схемам n о л н о й з в е з Д Ы, н е п о л н о й з В е з Д ы
и с Бключением н а р а 3 н о с т ь т о к о в двух фаз в pac
смотренных условиях (Т. е. при к. з. за трансформатором), можно
установить:
1) в схеме ПОЛНQЙ звезды (рис. 3 17) в одной фазе схемы появля...
ется тоК 2/ К/V З . п т , rде п у коэффициент трансформации трансфор
маТОрО8 тока, а в двух друrих 1 к/V'з . п т ; сумма токов в нулевом
проводе равна нулю. Реле 1, J 1, J J I действуют, но два из них имеют
в 2 раза меньшую чувствительность, чем третье реле;
2) в схеме неполной звезды (рис. 3 12) токи проходят по обеим
фазам и обратному проводу, в последнем он равен rеометрической
сумме токов указанных фаз или току отсутствующей в схеме фазы.
Если трансформаторы тока окажутся на фазах с меНЬШИI\-1И пер.
вичными токами 1 к V.Зп у , то в таком случае условия чуВСТБитель
110
ности будут в 2 разз хуже, чем в схеме полной звезды. Для устра. .
нения этоrо недостатка следует использовать реле в обратном про
воде, rде проходит сумма токов фаз, равная току К. з. В третьей
фазе (см. 3 6, в):
1 J 21 K
1 об == V + Jf ( .
3n т . 3n т 1 3n т '
3) в схеме с включением одноrо реле на разность токов двух
фаз ток в реле в случае, показанном на рис. 3.17, а и 6, будет OT
с утствовать.
Вследствие одинаковоrо направления токов по фазам, на кото.
рых установлены трансформаторы тока, их разность и ток в реле рав-
ны нулю. СllедО8атеЛЫtО эта схема не применuма для защиты от
к. з. за трансформаторами с СQединением А/6 и 6/ А.
3 7. HAfPY3KA ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
Выше отмечалось, что поrрешность трансформатора тока зави.
сит от величины ero наrрузки.
r@l
I I
'.;? I
........
ln
/11
О)
')
6)
Zp
1'2 I
L@J
Е) о)
Рис. 3.18. Наrрузка вторичной обмотки трансформ торов
тока при различных схемах соединения.
а при ОДllОМ трансформаторе тока; 6 д при соеДинеНlJlJ по
схемам На рис. 3 9. З 12. 3 13 и 3 15.
Сопротивление наrрузки трансформатора тока р.авно:
и 2
ZH == (3. 15 )
12
rде и 2 и 12 напряжение и ток вторичной обмотки (рис. 3-18, а)
Ч'тобы определить ZH, нужно вычислить напр'яжение и 2 , равное
падению напряжения в сопротивлении наrрузки ZH от проходящеrо
в нем тока 1 н (рис. 3-18, а).
ш
Сопротивление наrрузки состоит из сопротивления проводов
r n И сопротивления реле Zp, которые для упрощения суммируются
арифметически: ZH == 'о + zp.
Величина U?, ==:; 1 2 z H (рис. 3 18, а) при прочих равных условиях
зависит от схемы соединений трансформаторов тока, величины Ha
rрузки ZM, ВИда к. з. и сочетания повре}кденных фаз.
д л я с х е м ы п о л н о й з в е з Д ы (рис. 3 18, 6) и 2 при трехфазных и
двухфазных к. з. равно падению напряжения в наrрузке фазы, т. е.
и 2 12 (ro+Zp)_
и (2) 1 2 ( r + Z )
Z(31 :::= Z(21 == .....J!.... о р
м н 12 12 (ro+Zp)'
поэтому
При однофазном к. з. и 2 равно падению напряжения в сопротивлении петли
«фаза» «нулы) (2r о) и в сопротивлении реле в фазе Zр.ф и нулевом проводе Zp о;
отсюда
12 ( 2r o + Z р . ф + Z p o)
z! 11 ;::
Н /2
2r п + Zr.Ф + zpo.
Таким образом, наибольшее ZH получается при однофазном к. з.
В С Х е м е н е п о л н о й з в е з Д ы (рис. 3 18, в) максимальная наrрузка
на трансформаторах тока имеет место при двухфазных к. з. между фазой, имеющей
трансформатор тока, и фазой, lIе имеющей
ero, и равна ZH == 2r п + zp.
в схеме включения реле
на разиость токов двух фаз
(рис. 3 18, д) наибольшая наrрузка полу
чается при двухфазных к. 3. между фаза
ми, имеющими трансформаторы тока.
В этом случае ток в реле / р == 2/2' а
и} п,,=пrа2/2rп + 2/ 2 z p + 2/ 2 r o
б} ZH:;: 12 == 4r o + 2rp.
в схеме треуrольника
(рис. 3 18, 2) трансформаторы имеют наи
большую наrрузку как при трехфазном,
так и при двухфазном к. з. В обоих слу .
а при одиом трансформаторе тока;
6 пр" двух трансформаторах с по f.. )
следовательиым соединением ot)MOTOK. чаях ZH == 3(0 + zp'
Поzрешность трансформаторов тока должна определяться при
максимальном значении Zи для данной схемы.
Для уменьшения наrрузки на трансформаторы тока при их Heдo
статочной мощности можно применять последовательное включе
ние двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе
(рис. 3 19) с одинаковым коэффициентом п т . В этом случае падение
напряжения в наrрузке делится поров.ну между вторичными об
мотками трансформаторов. Токи в обоих трансформаторах тока
одинаковы и равны 12 == 1}/п T . Поэтому наrрузка каждоrо трансфор
матора составляет половину общей наrрузки.
Рис. 3 19. 3аrрузка трансформато..
ров тока, замкнутых на сопротив
ление.
112
.з. ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ TOI(OB
Наряду с защитами, реаrирующими на полный ток фазы, при
меняются устройства релейной защиты, реаrирующие на симметриq
ные составляющие прямоЙ, обратной и нулевой последовательностеЙ.
Для осуществления таких устроЙств необходимы фильтры, BЫ
деляющrrе симметричные составляющие из токов трехфазноЙ сети
. [Л. 231.
Фильтры токов симметричных составляющих представляют c
бой (рис. 3 20) специальные схемы, на выходе которых получается
ток, пропорциональныЙ соответствующей симметричной составляю-
щей токов трехфазноЙ сети, -
питающих фильтр. К BЫ
ходным зажимам фильтра
подключается реле, реаrи
рующее на. полученную
составл яющую.
В зависимости от исполь
зуемых элементов фильтры
делятся на аКТИВНО ИlIДУК
тивные, активно емкост
ные, трансформаторные.
Иrv.еются фильтры п р o
с т ы е, выделяющие толь
ко одну последовательность
(прямую, обратную или нулевую), и к о 1\1: б и н и р о в а н н ы е,
ток на выходе которых пропорционален двум или всем трем сим
метричным составляющим токов сети. В общем случае ток на BЫ
ходе комбинированноrо фильтра
I ф ==k.i 1 +k2/2 +kзi о ,
а) Общие сведения
А
Ф/2
В
'А
с
t'A t'tJ t,c
а)
,!}
6)
Рис.-3 20. Фильтр токов обратной последова.
тельности (а); включение на разность токов
двух фаз 1 А 1 в (б).
(3 16)
rAe k., k 2 и k з постоянные коэффициенты фильтра.
В этом разделе рассматриваются фильтры токов обратной и пря
мой последовательностеЙ. Комбинированные фильтры и фильтры
нулевой последовательности разбираются при описании защит,
в которых они используются.
б) Фильтры токов обратной последовательности
Ток в реле, включенном в выходную цепь фильтра обратной по
следовательности (рис. 3 20, а), Iр =:::: k1 2 .
Токи прямой И нулевоЙ последовательностей через такой фильтр
не проходят. Это означает, что при подводе токов /1 и 10 к фильтру 12
ero выходной ток равен нулю.
Питание фильтра тока обр.аТН9Й I]оследовательности может про-
изводиться фазными токами / А, Iв, 1 С (рис. 3 20, а) или разностью
113
..
фазных токов 1 А /в, lB lc, lc 1 А (рис. 3 20, 6). Разность
токов двух фаз не содержит составляющей нулевой последователь
ности 10' т.ак Ka при вычитании одното фазноrо тока из друrоrо
например / А /в, нулевые составляющие взаимно компенсируются.
110ЭТОМУ при питании фИJ]ьтра 12 разностью фазных токов фильтр
должен запирать только токи прямой последовательности, что He
сколько упрощает ето выполнение.
Рассмотрим в качестве при:мера т р а н с фор м а т о р н ы й
Ф и л ь т р тока обратной послеДОВательности, показанный на
рис. 3 21, а. По этой схеме Чебоксарским электроаппаратным заво
дом выполняется фильтр типа PT 2. Фильтр состоит из трехобмо
точноrо трансреактора Тр (трансформатора с воздушным зазором,
T
Е, б)
m
А
Тр
1
...........
j( 2 io2 J
8
С
ил
+4+f=3.t;;
LC2
/Сl
. 2
1Az 42 i B2
181 . - 1 i!)
'А: 181
. .
177 =:310
а)
j(iдl--:Io,)
8)
Рис. 3 21. Актив"Но индуктивный (трансформаторный) фильтр тока /2 типа
РТ .2.
см. 2 16), актиВиоrо сопротивления R и двухобмоточноrо вспомо
rательноrо траисфюрматора То-
Трансреактор Тр имеет Две первичные и одну вторичную обмотки.
Первичиые обмотки включены на ток сети фаз А и В разноименной
полярностью_ Поэтому создаваемый ими маrнитный поток пропор-
ционален разности токов j А j В.
Этот п{)ток индуктирует во вторичной обмотке '{р э. .fI.- с., OT
стающую от индуктирующих ее потока фт и тока / А /в на 90<1
(рис. З 21, 6). В комплексной форме Ё т == j(f)M (/ А ln), rде
(ом представляет собой реактивное сопротивление х п обусловленное
взаимоинДукцией обмоток трансреактора. Отсюда
Ё т == jX T (1 А /B). (3 17)
Наличие воздушноrо зазора в маrнитопроводе Тр обеспечивает
линейную зависимость величины э. д. с. от тока j А j в. Величина
х т подбирается равной RIVЗ . ИЗ дальнейшеrо будет видно, что по
СЛеднее является I-!еобходимым условием для исключения влияния
токов прямой последовательности на выходное напр яжение фильтра.
114
По активному сопротивлению R проходит ток [с. В результате
9Toro на зажимах сопротивления возникает напряжение
(;R icR.
(3 18)
ВыходноЙ контур фильтра тn образуется вторичной обмоткой
трансреактора и сопротивлением R. Напряжение на разомкнутых
зажимах тп равно сумме 9. д. С., действующих в контуре, т. е.
О тп ::::::: О R + Ет- За положительное направление в ВЫХОДном KOH
туре принято направление. противоположное токам па входе филь
тра. Выразив и R и Е т через токи с помощью выражений (3 17)
1I (3 18), получим: .
(; тп == 1 cR j (j А j в) Х т .
(3 19)
ЧТобы установить влияние каждом последовательности на Be
личину и тт опреде-пим ero значение, пользуясь выра)кением (3 19)
нри поочередном питании фильтра токами нулевой, прямой и обрат
иой последоваТ 1ьностей.
т о к и н у л е в о й п О с.п е Д о в а т е л ь н о С т и (IOA:=:=
== /оВ ==: [ос). В фазах А и В /ОА И /О{] iЗзаимно уничтожаются бла
rодаря принятой схеме включения трансреактора на разность токов
i А i B . Ток i oc , проходящий по R, компенсируется с помощью
трансформатора ТО. Перв-ичная обмотка То включена в нулевой про
вод звезды на ток 3io. Коэффициент трансqюрмации То принят paB
I 1. .
иым 1/3, поэтому вторичный ТОК Т2 == 3 /Tl == 10' Как видно из
рис. 3 21, а, ток J Т2 направлен навстречу току J с, в результате чеrо
1 оС компенсируется током 1 т2'
Следовательно, токи нулевой посл овательности при принятой
схеме фильтра взаимно компенсируются и не создают напряжения
на выходе фильтра. -
т о к и п р я м о й {1 о с J] е Д о в а т е л ь н о с т и 1 Al' 1 Вl,
[Сl' проходя ПО фильтру, создают напряжения Е т и и R, образующие
и тп на выходе фильтра по выражению (3 19). Iiайдем с помощью
векто'рНОЙ иаrраММbI на рис. 3 21, в веJlИЧИНУ и фазу пектора
j (1 А.1 I B1 ), Бходящеrо в (3 19). Для 9Toro построим вектор
/Аl 181 И, умножив ero на j (означающее поворот умножа
eMoro вектора на 900 по часовой стрелке), получим, что
i (i Al i пl ) Vз iСl.
Подставив по.пученное значение в (3 19), найдем:
Uтп(l} == icR vз1 с == о.
J 3
Это означает, что токи прямой последовательности не создаIОТ I1а
пряжения на выходе фильтра, т. е. они не проходят через фильтр.
Такой результат достиrнут поворотом (i А I в) на 90S! w ВЫПО.тIне
нием условия Х Т == R/V 3 что позволило получить Ё т ::;;;;: a R'
Токи обратной последовательности ( 21
I в2 , i c2 ), как видно и.з векторной диаrраммы на рис. 3 211 е, создают
115
вектор j (/ A2 I л2 ), который в отличие от предыдущеrо случая
совпадает по направлению с I c2 - Поэтому j (1 А2 182) === Уз/ с2 .
Подставляя полученное значение в (3 19), находим:
U тn (2)==i c2 R+ V 3 ic2 V ===2i c2 R.
Поскольку токи прямой и нулевой последовательностей не создают
напряжения на выходе фильтра, результирующее напряжение
(; тп == U тп(2) === 2i c 2 R, (З 20)
.
rде / С2 составляющая обратной последовательности тока, пита
ющеrо фильтр.
Таким образом, рассмотренная схема яв.ляется фильтром токов
обратной последовательности.
Аналоrичным образом выполняются все разновидности фильт
ров 12'
Если к выходным зажимам фильтра тn подключить реле, то
в ero обмотке будет проходить ток [л. 23]
1 и тп
р Zф + zp .
Для paccMoTpeHHoro фильтра с учетом (3 20)
2/ С2 R
J p == + ==J C2 , (З 21)
ZФ Zp
rде Zф сопротивление фильтра, измеренное со стороны выходных
зажимов тn при разомкнутой nепи на входе фильтра; Zp сопро.
тивление реле.
Реле, питающиеся через фильтр обратной последовательности
(фильтр реле), действуют только при несимметричных к. з., коrда
токи к. з. содержат составляющую обратной последовательности
и не реаrируют на симметричную наrрузку и трехфазные к. З.,
поскольку В этих случаях 12 == о.
Т о к н е б а л а н с а. За счет неточноrо подбора сопротивле
ний фильтра может появиться ток небаланса 1 нб при отсутствии тока
J 2, который оrраничивает чувствительность фильтр реле. Поэтому
J нб должен СВОДИТЬСЯ к минимальному значению pery лировкой со.
противлений. Баланс сопротивлениЙ .может нарушиться при U3
менении частоты в ceти питающей фильтр, из за Toro, что peaK
тивные сопротивления XL, Хс зависят от частоты. Это свойство филь.
тров является их недостатком.
Ч у в с т в и т е л ь н О С Т Ь Ф и л ь т р р е л е 3 iВисит от чувствитель
ности реле и мощности, отдаваемой фильтром. Каждый ИСТОЧНИИ питания отдаст.
наибольшую мощность приемнииу в случае равенства по величине их полных co
противлений, т. е. zp === Zф' Пjш этом абсолютный маисим?:'М отдаваемой мощности
имеет место, коrда при равенстве полных сопротивлении реаитивные сопротив.
ления источиииа и приемника таиже равны, но имеют противоположные знаии
[Л. 23]. Следовательио, для обеспечения маисимальной ОТl1.ачи мощности фильтром
неоБХОLLИМО выполнить условие 'р :;;;:; 'фИ Х р ::;:;:; ХФ'
116
В качестве реле, питающихся от фильтра, обычно применяются ЧУВСТВIпель
ные электромаrнитные токовые реле или поляризованные реле постояшюrо тока,
которые подключаются к фильтру через выпрямитель.
в) Фильтры токов прямой последовательности
Учитывая, что токи прямой последовательности отличаются от
обратной только чередованием фаз, любой фильтр обратной после
довательности можно превратить в фильтр прямой последователь.
н ост И , изменив на ero зажимах последовательность подводимых
фаз.
Например, если на фильтре, изображенном на рис. З 21, а,
поменять местами фазы В и С, т. е. подключить фазу С к зажиму 2,
а фазу В к зажиму 3, то на выходных зажимах фильтра появится
напряжение и тп, пропорuиональное токам п р я м о й п о с л е
Д о в а т е л ь н о с т и, а токи обратной последовательности не
будут давать напряжения на выходе фильтра.
Фильтры токов прямой последовательности в чистом виде ие.
пользуются редко и применяются, как правило, в комбинации с дру.
rими составляющими (11 + k1 2 , '1 + k1o). ·
r Л01Jа четвертая
МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
4.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ
Одним из признаков возникновения к. з. является увеличение
тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит,
называемых т о к о в ы м и. Токовые защиты приходят в действие
при увеличении тока в фазах линии сверх определенноrо значения.
В качестве реле, реаrирующих на возрастание тока, служат макси
мальные токовые реле (см. rл. 2).
Токовые защиты подразделяются на м а к с и м а л ь н ы е
т о к о в ы е з а Щ и т ы и т о к о в ы е о т с е ч к и. rлавное
различие между этими защитами заключается в способе обеспечения
селективности.
Селективность действия максимальных защит достиrается с по.
мощью выдержки времени. Селективность действия токовых OTce
чек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.
4.2. ЗАЩИТА ЛИНИЙ С ПОМОЩЬЮ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ
Максимальные токовые защиты являются основным видом за.
щит для сетей с односторонним питанием. В сетях более сложной
конфиrурации максимальная защита применяется как вспомоrа
тельная в отдельных случаях.
117
в сетях с односторонним питанием максимальная защита должна
устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника пи
тания (рис. 4 1, а). При таком расположении защит каждая линия
имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае по
вреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстан
ции
При к. з. В какой либо точке сети, например в точке Kl
(рис. 4 1, а), ток к. з. проходит по всем участкам сети, расположен
ным :между источником питания и местом повреждения, в результате
чеrо приходят в действие все защиты (1, 2, 3, 4). Однако по условию
селективности сработать на отключение должна только защита 4,
установленная на поврежденной линии.
I I #,
I I
'2 l t I
5) 1 " 1 '1At
t J
t j
Рис. 4 1. Максимальные токовые защиты в раДиальной сети
с односторонним питанием.
а размещен не защит; 6 выдержки времени защит, выбранные по
ступенчатому принцнпу.
Для обеспечения указанной селективности максимальные защи
ты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потре
бителей к источнику питания, как это показано на рис. 4 1, б.
При соблюдении этоrо принципа в случае I{. з. В точке К 1 раньше
друrих сработает защита 4 и произведет отключение поврежденноЙ
линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев
подействовать на отключение. Соответственно при к. з. В точке К!
быстрее всех сработает защита 3, а защиты 1 и 2, имеющие большее
время, не подеЙствуют.
Рассмотренный пр инцип подбора выдержек времени называется
с т у п е н ч а т ы М.
В сетях с двусторонним питанием достиrнуть селективноrо деЙ..
ствия максимальной защиты только путем подбора выдержек Bpe
мени, l{aK правило, не удается; в этих сетях вместо максимальной
токовой защиты применяют более сложные направленные защиты.
4 3. СХЕМЫ ЗАЩИТЫ
а) Разновидности схем максимальной защиты
МаКСlli'v1альные защиты выполняются трехфазными и двухфазны"
ми ( З 6, б l Bl Д)l прямоrо и косвеННОЕО действия ( 1 8).
118
По способу питания оперативных цепей максимаЛЬНЫе защиты
...
KOCBeHHoro деиствия делятся на защиты с п О с т о я н н ы 1\1 И
пер е м е н н ы м оперативным током.
По характеру зависимости времени действия реле от тока t.1aI{..
симальные защиты подразделяются на защиты с н е з а в и с и м о й
lJ З а в и с и м о й характеристиками.
Максимальные защиты прямоrо действия и на переменном опе-
ративном токе имеют существенные отличия в выполнении опера..
...
'fивных цепеи, применяемои аппаратуре и в расчете параl\'lетров,
поэтому они рассматриваются отдел,?но (см. 4 8).
б) Схемы трехфазной защиты на постоянном оперативном
токе
Защита с независимой выдержкой времени (рис. 4 2). В трехфаз
ных защитах трансформаторы тока и обмотки токовых реле соеди
няются по схеме полной звезды, рассмотренной в 3 6, б.
Основными элементами схемы маКСИl\lIaЛЬНОЙ защиты (рис. 4 2)
являются: токовые реле 1, срабатываюп(ие при появлении тока к. з.
и выполняющие функции п у с
к о в О r о о р r а н а защиты, и
реле времени 2, создающее BЫ
держку времени и выполняющее
функции орrэна времени. Кроме
основных, в схеме имеются и вспо-
моrательные реле; к ним относятся
промежуточное реле 3 и указатель-
ное реле 4.
При возникновении к. з. сраба
тывают токовые реле тех фаз, по
которым проходит ток к. З. KOH
такты всех токовых реле соединены
параллельно, поэтому при сраба
тывании любоrо TOKOBoro реле за-
fli!ыкается uепь обмотки реле в pe
мени 2. Через заданный интервал
времени контакты реле времени
замыкаются, и приводят в дей
ствие промежуточно.е реле 3. Последнее срабатывает MrHOBeHHo и по-
дает ток в катушку отключения выключателя 6 через блокировоч
ный контакт 5 (см. 1 8).
Промежуточное . реле 3 устанавливается в тех случаяХ, коrда
реле времени не может замыкать цепь катушки отключения из-за
недостаточной мощности своих контактов.
у казательное реле 4 включается последовательно с катушкой OT
ключения. При появлении тока в этой цепи указательное реле сраба-
тывает, ero флажок выпадает, фиксируя, таким образом, действие
!аксимальной защиты и появление тока в катушке отключения.
"
+
Рис. 4 2. Трехлинейная схема Tpex
фазной максимальной токовой за
щиты с независимой выдержкой
времени.
119
Блокировочный контакт привода выключателя 5 служит для раз
рыва тока катушки отключения, так как контакты промеЖУТОЧНbJХ
реле не рассчитываются на размы
кание этой цепи. Блокировочн й
контакт должен размыкаться paHЬ
ше, чем про изойдет возврат про
межуточноrо реле.
B.peMSJ. действия рассмотренноЙ
защиты определяется выдержкой
времени, установленной на реле
времени, и не заllИСI Т от величины
тока к. з., поэтому такая защита
называетс'я з а Щ и т о й с н е
u U
зависимои выдержкои
в р е м е н и и имеет характери
стику в виде пря!\.юй / на рис. 4 3.
Защита с зависимой xapaKTe
ристикой. Наряду снезависимой
защитой применяется максималь
ная защита с зависимой и оrрани
ченно зависимой хараI<теРИСТИI<3МJI
t == t (/) (кривые 2 и 3 на рис. 4-3).
Оба вида зависимых защит выпол
няются при помощи токовых реле,
работающих не MrHoBeHHo, а с BЫ
Держкой времени, зависящей от величины. тои:а. Примером такоrо'
реле является реле типа PT 80 (см. 2 8). Схема зависимой за
щиты с реле типа PT 80 изобра А
жена на рис. 4 4. В этой схеме В
с
отсутствует реле времени, а также
"' промежуточное и указательное p
ле, так как реле типа РТ -80 имеет
контакты достаточной мощности и
сиrнальный флажок, выпадающий
при срабатывании реле.
В отличие от защиты с незави
симой характеристикой (прямая 1
на рис. 4 3, а) защита с зависимой
характеристикой (кривые 2 и 3)
действует при токах 1 р === (1---:--2) 1 с.з
со значительно большей ВЫдерЖ
кой времени, чем при к. з., ЧТО
улучшает отстрой ку защиты от
кратковременных переrрузок (1 п).
Кроме Toro, защиты с зависимой характеристикой позволяют
ускорить отключение при повреждении в начале линии (точка Kl
на рис. 4 3, б), если ток при к. з. В К 1 значительно больше, чем
при к. з. В конце линии в точке К 2 . OAHal<O соrласование В Iдержек
t
Iр
Ic.p 1/1
'н 2
' н
1
и)
Рис. 4 З. Характеристики зависи
мости выдержки времени от тока в
реле максимальных токовых защит
(а) и схема сети, поясияющая работу
защиты (б).
I иезависимая; 2 зависимая; 3
оrраииченно зависимая; А Б заБИСИ
мая Ii БВ незавнс"мая qасти xapaK
теристикн.
120
+
Рис. 4 4. Трехлинейная схема
трехфазной максимальной токовой
защиты с зависимой от Тока BЫ
держкой времени.
Бремени независимьrx защит значительно проще (см. _ 4 5) по
этому зависимые защиты следует при менять только в случаях ЯВ
Horo преимущества.
Трехфазные схемы максимальной защиты, приведенные на рис. 4 2
и 4 4. реаrируют на все виды к. 3., включая и однофазные, и поэтому
их применяют в сети с rлухо заземленной нейтралью, rде возможны
как междуфазные, так и однофазные к. 3.
В сети с ИЗ0лированной нейтралью трехфазные схемы не peKOMeH
дуются к применеНИIО по следующим причинам:
1. Трехфазные схемы дороже двухфазных ( 4 3, 6), так как для
их выполнения требуется больше оборудования и соединительных
проводов.
2. Трехфазные защиты в большем числе случаев, чем двухфаз
ные, работают неселективно при двойных заМЫl<аниях на зеМЛЮ J
как это показано в 4 4.
в) Схемы двухфазной защиты на постоянном
оперативном токе
В тех случаях, коrда максимальная защита должна действовать
только при междуфазных К.З., применяются двухфазные схемы
с двумя ИЛИ одним реле. .
Двухрелейная схема с независимой характеристикой (рис. 4 5, а).
Токовые цепи защиты выполняются по схеме неполной звезды (см.
А
В
С
А
В
С
-+
"'
'1
а)
о)
Рис. 4 5. Двухфазиые схемы максимальиой токовой защиты.
а д ухре.леЙная; б однорелейная.
3 6, в). Элеr-ленты схемы и их назначение такие же, как в трехфаз
ноЙ схеме на рис. 4 2.
Достоинством двухрелейной схемы является то, что она:
1) реаrирует (так же как и трехфазная) на все междуфазные
К. з. на линиях;
121
2) при замыканиях на землю в двух разных точках сети с изо
J1ированной нейтралью работает селективно в большем числе слу
чаев, чем трехфазная схема (см. 4 4);
З) экономичнее трехфазной схемы, так как для ее выполнения
требуется меньше оборудования и проводов.
К недостаткам двухфазной схемы нужно отнести ее меньшую чув-
ствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных
к. з. за трансформатором с соединением обмоток Л/6. Как видно
из рис. 3 17, a при двухфазном к. з. на стороне 6 ток в одной фазе
2 1
звезды равен уз J к, а в двух друrих VЗ 1 к, т. е. в 2 раза меньше.
То же самое получается и при сеединении обмоток трансформа-
тора д/л в случае двухфазноrо К. з. на стороне звезды.
При трехфазной схеме одно из реле защиты питается большим
током к. з. :з 1., в то время как при двухфазной схеме в одном из
трех возможных случаев двухфазноrо к. з. (АВ, ВС" СА) трансфор
маторы тока защиты оказываются на фазах с меньшими токами к. з.
( 3 1. ). Поэтому двухфазная защита при двухфазных к. з. за транс-
форматорами л/ 6 и 6/ л имеет в 2 раза меньшую чувствительность,
чем трехфазная защита.
При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно
повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых
цепей. В этом проводе (см. 3 6, в) протекает rеометрическая сумма
токов двух фаз, питающих схему (А и С на рис. 4 5, а), равная току
третьей (отсутствующей в схеме) фазы B т. е. i О.П :::= (i а + ic):::= i ь.
Таким образом, с дополнительным реле двухфазная схема ста-
новится равноценной по чувствительности с трехфазной.
Вследствие отмеченных выше положительных СВОЙСТВ двухфаз
ные схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью,
rде возможны только междуфазные к. з. Двухфазные схемы приме
няются в качестве защиты от ме}l{дуфаЗfIЫХ к. з. и В сетях с rлухоза
земленной нейтралью, при этом для отключения однофазных к. з.
устанавливается дополнительная защита, реаrирующая на ток HY
левой последовательности.
Однорелейная схема (рис. 4 5, 6). Защита состоит из тех. же
элементов, что и предыдущая схем а. Токовое пуско.вое реле Т одно,
оно включается на разность токов двух фаз i р :::= i А if и реаrи
рует на все случаи междуфазных к. з. (полной И неполнои звезды),
как было показано в 3.6.
Преимуществом схемы является наименьшее число токовых реле
и соединительных проводов, необходимых для ее выполнения (одно
реле и два то-ковых провода).
К недостаткам, оrраничивающим применение схемы, нужно от-
нести:
1) меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схе-
мой при к. з. меlКДУ фазами АВ и ве ( 3 6, д). Этот недостаток
122
имеет значение при малой кратности ТОКОВ к. 3., коrда 1 к близко к
ТОКУ наrрузки;
2) недействие защиты при одном из трех возможных случаев к. з.
за трансформатором с соединением обмоток Л/6 (см. 3 6, ж), коrда
i р == i а i с :::= о;
3) при неисправности единственноrо токовоуо реле или прово
дов, связывающих ero с трансформаторами тока, защита откажет в
действии при к. з. Двухрелейная схема (рис. 4 5, а) не имеет такоуо
недостатка, так как при трехфазных к. з. и двухфазных между А
и С в этой схеме работают два реле и поэтому обрыв одноуо провода
не приведет к отказу защиты.
Первый недостаток не позволяет применять однорелейные схемы
в сети с малой кратностью токов к. з. Второй исключает применение
схемы в сетях, уде имеются трансформаторы с соединением обмоток
л/ Д. Третий оrраничивает применение .однорелейноЙ защиты в ce
тях, уде отказ защиты может отразиться на электроснабжении боль
шоrо участка сети.
Однорелейная схема находит применение в распределительных
сетях 6 10 кв и для защиты электродвиrателей. В сетях 35 1(8 и выше
из за указанных недостатков однорелейная схема почти не применя
ется.
Двухфазная защита с зависимой характеристикой. Токовые цепи
этой защиты выполняются так же, как и у защиты снезависимоЙ
характеристикой. Токовое реле имеет зависимую характеристику,
в качестве неуо используется реле типа РТ 80.
Схемы защит аналоrичны схемам на рис. 4 5, а и 6 за исключе
нием тоуо, что в них отсутствуют реле времени и указательное реле.
Все сказанное о двухфазных схемах с независимой характеристикой
относится 11 к схемам с зависимой характеристикой.
4 4. ПОВЕДЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ДВОЙНЫХ
. ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
В сети с изо.пированной нейтралью возможны <тдновременные за
мыкания на землю разноименных фаз в двух разных точках сети
(рис. 4 6). В этих случаях желательно отключать не обе поврежден
ные линии, а только одну из них Л/ или Л//. Притакомотключе
нии к. з. ликвиди.руется с наименьшим ущербом для потребителей
(селективно), а оставшееся однофаз-нvе замыкание (К 2 или К.) OT
ключается вручную после перевода питания потребителей повреж
денной линии на друrой источник питания.
Обеспечение селеитивной ЛИКJВида.щии ДВОЙIjЫХ замыканий
на з'емлю с помощью реJJ.еиной защиты является сложной зада
чей.
С помощью токовой защиты ее можно решить, хотя и не пол
ностью, при.меняя двухфазную схему максимальной защиты при
условии, что nlрансформаторы тока на всех элементах сети данносо
напряжения устанавливаются на одноименных фазах.
]23
При случайном располо;жении трансформаторов тока (на раз-
ных участках, на разноименных фазах) защита может работать
неправильно, если оба за.
мыкания на землю возник.
нут на тех фазах, rде
н трансформаторов тока нет,
, nr
JIL как это показано на
рис. 4 6.
В этом случае защиты
обеих поврежденных ли-
ний не подействуют, что
повлечет неселективное от.
ключение источника пита-
ния сети.
Если же трансформа.
торы TqKa защиты установ.
лены везде на одноименных
фазах (например, А и С),
то возможность TaKoro неселективноrо отключения исключается.
Из рассмотрения рис. 4-7 нетрудно установить, что при разме.
щении трансформаторов тока на одноименных фазах А и С повре>К.
дения будут отключать.
ся селективно (т. е. в од.
ной точке сети), за ис.
ключением следующих
двух ел учаев:
а) если более удален.
ное от источника пита.
ния замыкание на землю
(в точке К 2 ) окажется на
фазе В, не имеющей
трансформатора тока
(рис. 4 7, а). В этом слу-
чае подействует защита 1
и отключит ближнюю к
источнику питания ли.
нию Л 1 J так как защи..
та 2 работать не может.
Трехфазная защита в
ЭТИХ условиях обеспечи.
вает селективное отклю.
чение линии ЛII;
б) если оба замыка..
ния на землЮ возникнут
на ли ниях, имеющих за-
щиты с одинаковыми вы.
держками времени, и на
тех фазах (А и С), кото.
А В С,
j.
I
б
...............
лп
1f 2
'-:-
Рис. 4 6. Неправильная расстановка TpaHC
форматоров тока двухфазных максимальных
защит в сети с изолированной нейтралью.
124
AtJC
о)
lr2
а)
А
В
С
А
tJ
С
hl-=-
д
в
t
д
в
с
Рис. 4 7. Различные случаи работы двухфазной
максимальной токовой защиты при замыкаииях
на землю в двух точках при правильной уста.
новке трансформаторов тока (на ОДноименных
фазах).
д
в
с
8)
а неселективное отключение rоловноrо участка;
б неселективное отключен не одновреМеННО двух
линий; в селективное отключение ТОЛЬКО ОДНОЙ
J1ИНИИ.
рые оборудованы трансформаторами тока (рис. 4 7, 6). При этом
двухфазные защиты обеих линий отключают обе точки повреждения
одновременно, т. е. обе защиты работают неселективно. Совершенно
так же в этом случае действует защита и в трехфазном испол
нении.
Однако двухфазная защита имеет существенное преимущество
перед трехфазной, если одно повреждение (/(1) возникает на фазе,
не имеющей трансформатора тока, а второе (/(2) на фазе, ИМею
шей ero (рис. 4 7, в). Двухфазная защита в этом случае работает
только на одной из двух поврежденных линий, в результате чеrо oд
на из поврежденных линий остается в работе. Трехфазная защита в
приведенном случае действует неселективно, отключая обе линии
при любом сочетании поврежденных фаз.
Таким образом, в первом из трех приведенных случаев
(рис. 4 7, а) имеет преимущество трехфазная схема, а в третьем
(рис. 4 7, в) двухфазная, которая действует правильно в 2/3 слу
чаев повреждений.
Сопоставляя преимущества и недостатки трехфазной и двухфаз .
ной схем, можно считать, что с точки зрения ликвидации двойных
замыканий на землю двухфазная схема не уступает трехфазной.
4 5. ТОК срАБАтыАпияя ЗАЩИТЫ
Исходным для выбора тока срабатывания максимальной токовой
защиты от к. з. является требование, чтобы она надежно работала
при повреждениях, но в то же время не д йствовала при максималь
ных токах Harp узки и ее кратковременных толчках, вызываемых
пуском и самозапуском двиrателей, колебанием наrрузки потреби
телей и друrими причинами.
Излишняя чувствительность защиты из за недостаточной от..
стройки ее от токов наrрузки может приводить к неправильным от..
){Лючениям при неопасных переrрузках, что наносит ущерб потре..
бителям. Слишком чувствительная защита саМа становится ш
moчником аварий u nере6оев в питании noтре6иmeлей.
. Из этоrо следует, что елавная задача при выборе тока срабаты
еания cocmOUnl в надежной отстройке защиты от токов наерузкu.
Для этой цели необходимо выполнить два условия:
1) Токовые реле защиты не должны приходить в действие при
максимальном рабочем токе наrрузки Ip.MaHc, для чеrо т о к с р а..
б а т ы в а н и я з а Щ и т ы 1 1 С.3 должен быть больше максималь
Horo рабочеrо тока наrрузки:
I С. а > 1 р.ма«с.
(4..1)
2) Токовые реле, сработавшие при внешнем к. з., должны надеж"
но возвращаться в исходное положение после отключения к. з. и
1 Здесь и в дапьнейшем ПОД током срабатывания защиты подразумевается
наименьший первичный ток в фазе линии, необходимый lX,ЛЯ действия защиты.
125
снижения тока до максимальноrо тока наrрузки. Так, например,
при к. з. В точке К сети (рис. 4 8) срабатывают токовые реле защит
1 и 2. После отключения повреждения защитоЙ 2 прохождение тока
к. з. прекращается и иришедшие в действие ТОКОБые реле защиты 1
должны возвратиться в начальное положение, так как иначе про
изойдет неправильное отключение непо
врежденной линии. Поэтому ток возврата
реле должен быть больше тока наrрузки
линии, проходящеrо через защиту 1 после
отключения к. з.
Этот ТОК в первый момент времени после
отключения к. з. имеет повышенное значЕ'
ние из за пусковых токов электродвиrа
телеЙ. Асинхронные электродвиrатели, co
ставляющие значительную часть наrрузки,
во время к. з. тормозятся вследствие воз
никающеrо при к. з. понижения напряже
ния. После отключения к. з. напряжение
восстанавливается и все оставшиеся в работе электродвиrатели
(часть неответственных электродвиrателей отключается защитой от
понижения напряжения) с а м о з а n у с к а ю т с я, потребляя по
вышенный пусковой ток (рис. 4.9). Этот ток 1 э постепенно затухает,
и в линии устанавливается рабо.
чий ток, который в худшем случае
может иметь максималь ное значе
иие / р. макс'
Увеличение / р. макс, вызванное
самозапуском двиrателей, оцени.
вается коэффициентом запуска k з .
llrJ
Учет самозапуска двuzателей яв
ляеmcя обязательным. Исходя из
этоrо
(4..2)
При выполнении условия (4 2)
выполняется также условие (4 1),
так как ток возврата максималь
ных реле всеrда меньше тока cpa ток J; ... напряженне и.
батывания. Поэтому для отстройки
защиты от наrрузки за исходное принимается условие (4 2)o РУКО-
водствуясь им, ток возврата вы бирают равным:
i<
Рис. 4 8. К выбору тока
срабатывания максималь
ной токовой защиты с уче..
том коэффициента воз
Врата реле.
/ воз> k э / р. мю<с'
lJ f
...... ...
.,
,
t I
1 i
I I
I I
....
"
""
lJ=f(t)
I
I /=f{tJ
I
I
I
I I
L J
/(.3
СаМОЗUh!lСI(
tl8Ш?аmелеu
Нормальны" режим
Рис. 4 9. Характер изменения тока
If напряжения в лииии при К. з. В
сети и после ero отключения.
1 воз == k заll k з / р. макс.
(4 3)
Коэффициент ?апаса k зап учитывает возможную поrрешность в
.....
величине тока Бозврата реле и принимается равным 1,1 1,2. Ток
срабатывания защиты находится из соотношения, определяющеrо
связь между токами возврата и срабатывания токовых реле: / воз! / С.3===
== k воз о Подста.вляя в это выражение значение / воз из (4 3), находим
1 6
соответствующий ему ток срабатывания:
1 kза п k 1
с. з === 3 р. мак(:-
В03
В т о р и ч н ы й т о к с р а б а т ы в а н и я р е л е 1 ер .Ha
ходится с учетом коэффициента трансформации трансформаторов
тока и схемы включения
реле, характеризуемой коэф
фициентом схемы kex: о
1 k 1 е. з (4 5)
с Р == сх .
. n т
Для схемы соединения в
звезду (полную или непол
ную) kcx === 1. Для схемы с
включением реле на разность
токов дв ух фаз kex == V 3.
Как видно из выражения
(4 4), значение 1 е. з зависит
от k воз и J р.макс' Ток сраба
тывания обратна пропорцио
нален k воз , поэтому в целях
уменьшения 1 С.3 стремятся применять токовые реде с высоким
коэффициентом возврата: примерно 0,85 и выше.
Существенное значение для надежноЙ отстройки защиты от Ha
rрузки имеет правильная оценка величины 1 р. м ще'
Определяя максимальное значение тока наrрузки, нужно учиты
вать тя)келое, но в то же время реально ВОЗМО)i(ное увеличение на-
rрузки, обычно возникающее в ре..
зу ль тате нарушения нормальной
схемы сети. Например, при двух
параллельных линиях (рис. 4 10, а)
необходимо учитывать, что в слу..
чае автоматическоro отключения
одной из них наrрузка на ocтaB
шейся линии удвоится. При нали
чии АВР, включающеrо выключа..
тель В (рис. 4 10, 6). необходимо
предусматривать наброс мощности
на линию Л 1 при отключении Л 11
наличии АПВ (рис. 4 1 О, в) необходимо учиты
u .
элеКТРОДБиrателеи после повтор Horo включения
Л1
Я2
Рис. 4 11. Зона действия макси..
М3.!JЬНОЙ токовой защиты должна
охватывать защищаемую линию Л 1
и следующий второй участок (ли
нию Л2 и трансформатор Т).
(4..4)
ч
о)
д8иеителu
б) .
а)
"-
Рис. 4 lO. Характерные схемы сети для
определения максимальноrо тока наrруз
ки при выборе тока срабатывания ма-.
К-СИМ8ЛЬНОИ токовой защиты.
а при отключении парзллельной линии;
б при ОТКЛIOЧedd:АНf одиой линии И действии
ЛВР; в при сзмозапуске элеКтродвиrатеJJей.
и наоборот. При
вать самозапуск
линий от АПВ.
Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь з а щ и т ы. Ток срабатывания, вы-
бранный по условию отстройки от наrрузки, проверяется по условию
чувствительности защиты. Проверка ведется по минимальному зна..
чению тока 11<.3. мИН при повреждении в конце зоны защиты. Зона
действия максимальной токовой qащиты должна охватывать защи-
127
щаемую линию и следующий второй участок, т. е. линию Л2 и
трансформаторы, отходящие от шин приемной подстанuии (рис. 4 11).
Минимальный ток рассчитывается для реальноrо минимальноrо pe
жима на электростанциях и в сетях, питающих линию. Чувствитель
ность заlI ИТЫ оценивается коэффициентом чувствительности:
I
I
k к.з. МИН
ч I .
с.з
(4 6)
Коэффиuиент чувствительности для защищаемой линии счита
ется допустимым, если 1 К.З. мнн В 1,5 раза больше тока срабатывания
защиты. Снижение k ч ниже 1,5 не рекомендуется, так как .li.ействи
тельный ток в реле при к. з. может оказаться меньше расчетноrо
JК.З.МИН из за неточности расчета токов к. з., влияния сопротивле
ния в месте повреждения (не учитываемоrо при расчете) и поrреш
ности трансформаторов тока, уменьшающей вторичный ток. При
К. з. на резервируемом участке соrласно ПУЗ допускаются Кч === 1,2.
4..6. ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ ЗАЩИТЫ
а) Ступень времени
llля обеспечения селективности выдержки времени максималь.
ных защит выбираются по ступенчатому принципу (рис. 4..12). Раз
ница между временем действия двух смежных защит (например,
линий А и В на рис. 4..12) нQзы
вается ступенью времени или cтy
nеныо селективности:
t
,
t e
Д! == t А t В.
(4 7)
t л
ru
(ю ЛаЯияД fiJ
/(,
'ЛtJНtJя 6
Величина ступени дt должна
быть такой, чтобы при коротком
замыкании на каком нибудь уча..
стке сети (например, на линии В)
защита предыдущеrо участка (т. е.
на линии А) не успевала сработать.
Выясним, от чеrо зависит величина дt. При к. з. на линии В
защита линии А "работает в течение времени пока проходит ток К. з.
Это время равно:
Рис. 4 12. Ступенчатый принцип
выбора выдержек времени. 6.!
ступень времени.
tз==tз(в) +tП(В) +tB(B),
rде tЗ(В) выдержка времени защиты В; t п(В) поrрешность в сто-
рону замедления реле времени защиты В: tB(B) время отключения
выключателя В с момента подачи импульса в атушку отключения
до разрыва тока к. з. контактами выключателя.
Следовательно, чтобы защита линии А не сработала при к. з.
на следующем участке, она должна иметь время
tз(А) >t З (В) +tП(В) +tB(B)'
128
Приняв некоторый запас t зап и учтя, что защита А может за счет
поrрешности реле времени снизить свою выдержку времени на ве..
личину t п (А), получим:
t з (А) == t з (8) + t n (В) + t B (В) + t n (А) + t эап . (4 8)
Отсюда минимальная ступень времени
Д! == lз(А) tЗ(В) == tП(В) + tB(B) + tn.(A) + t зап . (4 9)
Соrласно выражению (4 9) выбирается ступень для защит с He
зависимой характеристикой. Что касается защит с зависимой xapaK
теристикой, осуществляемых индукционным реле, то они Moryт про..
должать работать по инерции после отключения тока к. 3. Поэтому
ступень времени у таких защит должна быть увеличена на время
инерционной ошибки реле t и :
дt ==:. tП(В) + tn(A) + tB(B) + t з8п + tи(А). (4 10)
Для применяемых в ЭI(сплуатации реле и выключателей ступень времени
колеблется у защит. с независимой выдержкой времени в пределах 0,З5 0,6 сек,
а у защJIт с зависимой или оrраниченно зависимой характериётикой 0.6
1 сек.
TaK - например, у защит с реле времени типа ЭВ 122 поrрешность по времени
составляет t n == + 0,12 сек; выключатели МКП-IIО имеют время отключеН!lЯ
t B == 0,15 сек. Подставляя УI(азанные зиачения в выражение (4 9) и принимая за-
пас времени t зап равным 0,1 сек, получаем ступёнь времени
6.t === 0,12 + 0,15 + 0,12 + 0,1 0,5 сек.
При cor ласовании с быстродействующей защитой поrрешность
ее не учитывается ип(в) === О), и тоrда [на основании (4..9) с учетом
указанных значений t n и tBJ ступень времени Дt ::::::: 0,35 + 0,4 сеК.
...
б) Выбор времени действия защит
Выдержки времени защит с независимой характеристикой опре-
деляются исходя из заданной ступени времени по уравнению
t з (А) == 1з(8) + дt. (4 11)
Выдержки времени защит с зависимой или оrраниченно зависи
мой характеристикой также должны удовлетворять .условию (4..11),
но поскольку время действия этих реле зависит от тока, необходимо
задавать пределы тока, n ко):орых это условие должно выпол"
,-
няться. Положим, что линии, показанные на рис. 4 12, оборудованы
защитой, имеющей оrраниченно зависимую характеристику. Т ре..
буется выбрать характеристику защиты линии А и соrласовать ее
с характеристикой защиты линии В, которая известна.
Защита линии А должна иметь время на ступень больше за.
щиты линий В при всех к. з. в пределах зоны cOBMecTHoro действия
защиты А и В. т. е. на линии В. Если при к. з. В точке Kl (начало
зоны защиты В) тоК К. 3., проходящий через защиты А и В, равен
11<1, то при всех к. 3. за точкой Кl' т. е. в З0не работы защиты В,
"IОКИ к. 3. будут меньше. Следовательно, условие селективности
6 н. в. ЧерllобрО80В
129
(4 11) должно выполняться при токе 1 KIMt'1KC И всех токах, меньших
ero. В случае к. з. на линии А время деЙствия защиты А не ДОЛЖно
соr.пасовываться с защитоЙ В и может быть сколь уrодно малым; ПР:I
этом ток к. з., проходящий через защиту A будет больше 1 к1 Mt'1KC'
ИЗ этих условиЙ вытекает следующее правило подбора зависиыых
характеристик:
1. Строят исходную характеристику t == f (1) защиты В) с KOTO
роЙ проводится cor ласование защиты A установленной на смежно:,!
участке (р ис. 4-13).
2. Определяют максимальное значение токов к. з. 1 К1 макс, про.
ходящих через защиты А и В при повреждении в начале участк(),
защищаемоrо защитой В (в точке К]).
3. Пользуясь заданной характеРИСТII
кой защиты B находят ее выдержку Bpe
мени t B1 при токе 1 к1 макс, Т. е. при к. З.
В начале защищаемой зоны, в точке К 1 .
4. По условию селективности выдержка
времени защиты А при токе 1 кl макс должна
lp превышать время защиты В! В1 на ступень 11/:
tAl tBl +tlt. (4-12)
t
Jащtlти
Лt/fllltl Д
о
II(( макс
Рис. 4-13. Выбор xapaK
теристик зависимых Ma
ксиыаЛЬНbJХ токовых за-
ЩИТ.
Это условие ДO,ТIiKHO выполняться не
только при токах 1 кl макс, но И при всех
меньших токах к. з.; характеристика за-
щиты A удовлетворяющая условию (4 12),
подбирается при проектировании по типовым характеристикаы
реле, а в условиях эксплуатации путем реrулирования уставки
вреr..IСНИ реле.
5. Выбранная характеристика защиты А строится совместно с ха-
рактеристикой защиты В для Har лядноЙ проверки выполнения
условия (4-12) при токах к. з., равных и меньших 11<1 макс (рис. 4-13).
Совместное построение характеристик нескольких заIЦИТ удобно
вести относит льно первичных фазных токов, но при этом нужно учи
тывать схему соединения токовых цепей защиты, от котороЙ зависит
соотнои:ение между током в реле и TOK01\1 В фазе, т. е. kcx'
Если со! ласуемые защиты находятся на разных сторонах сило-
Boro трансформатора, 10 их характеристики нужно привести к TOKal\1
одноrо напряжения.
4-7. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА С ПУСКОМ (БЛОКИРОВКОЙ) ОТ
РЕЛЕ МИНИМАльноrо НАПРЯЖЕНИЯ
Для повышения чувствительности максиt-.IaЛЬНОЙ токовой за
щиты при к. з. И улучшения отстройки ее от токов наrрузки приме
няется пуск или, как часто называют, блокировка при помощи реле
минимальноrо напряжения (рис. 4 14.)
Из схемы видно, что защита может деиствовать на отключение
только при условии срабатывания реле напряжения 1. У ставки реле
130
еалряжения 1 выбираются так, чтобы реле не работали при мини
мальНОМ уровне рабочеrо напряжения, не давая возможности за..
JЦите действовать на отключеН,ие, даже если токовые реле 3 замк-
нут свои контакты в результате переrрузки линии.
При к. з. напряжение сети понижается и реле минимальноrо Ha
пряжения 1 срабатывают, разрешая защите действовать на отключе-
ние.
В случае обрыва цепи, питающей реле напряжения, последние
замыкают свои контакты и защита лишается блокировки. Поэтому
..
8
С
1- .... L
Сuенал
5 ciJ
+-
..
Ри.с. 4 14. Схема максимальной токовой защиты с блокировкой
минимальноrо напряжения.
в схеме предусмотрена сиrнализация состояния контактов реле на-
пряжения 1, указывающая на неисправность блокировки.
Для обеспечения надежной работы блокировки при двухфазных
к з. устанавливаются три реле напряжения 1} включаемые на линей
ВЫе напряжения сети (независимо от числа токовых реле). Однако
при включении на линейные напряжения реле 1 плохо реаrируют
на однофазные К. 3. Поэтому В сети с заземленной нейтралью преду-
сматривается дополнительно четвертое блокирующее реле 2, реа-
rИРующее на напряжение и о нулевой последовательности, появляю-
щееся при замыканиях на землю.
В сети с изолированной нейтралью токовая часть схемы выпол
lIяется двухфазной. В части реле напряжения схема должна выпол-
lIЯтьс трехфазной для обеспечения надежной работы при двухфаз-
НЫХ к. з. Реле Н о не устанаВ"lивается, поскольку защита должна дей-
СТВовать только при I\lеждуфазных К. 3.
5*
131
т о к с р а б а т ы в а н и я т о 1\ О В bl Х Р е л е 3 OTCTpal!-
вается не от максимальноЙ наrрузки линии, а от ДЛliте"Т1ЬНО{! нор-
мальной наrРУЗКII I раб.н, которая на праl(Пlке IvlО)ю::т быть В 1 ,5 :
раза меньше максимальной:
I k:н.lП I
с. з == k раб.н'
ВОЗ
(4 1
в результате этоrо чувствительность защиты при к. з. пош,;-
шается.
Н а п р я ж е н и е с р а б а т ы в а н и я р е л е н а п р я ж c
н и я 1 и с. р выбирается из условия, чтобы они: а) не действоваЛ:l
при минимальном значении рабочеrо напряжения и б) подеЙств()
вав при внешнем к. 3., разомкнули свои контакты после отключеНJj j
повреждения. При выполнении BToporo требования будет выполнен,)
и первое. Поэтому U с. р выбирается по условию возврата реле. ДЛ ,I
этоrо U в должно быть меньше минимальноrо рабочеrо напряжени я
U раб. мин:-
U < Uраб.мин
в N'
11
(4 14 )
[де n н коэффициент трансформации трансформатора напряжения,
питающеrо защиту.
В соответствии с (4 14) принимается:
U u раб. мин
в k '
n н за п
[де k зап == 1,1 ...;.- 1,2.
И3 выражения k воз == U в/ U с. р находим:
Ив Uраб.мин
и с р ==
. k воз kвозkзаппн.
(4 15)
При k зап == 1,2 и k воз == 1,15
. о, 72и раб. мин
и ср ==
. п н
Чувствительность реле напряжения проверяется по !\'Iaксималь
ному значению напряжения при к. 3. В коние зоны защиты. КОЭifl
фициент чувствительности k ч == U с.з/ U к. макс считается удовлетво
рительным, если он равен или превышает 1,5.
Практика показывает, что на длинных. линиях, питаеr\IЫХ f\'10Ш
ноЙ системоЙ, а также на линиях с реактороы ЧУВСТI3lпе.пьность 1>-:'
ле напряжения оказывается недостаточной. I10ЭТОЫУ защита с БJJO
I\ИРОВКОЙ по напряжению применяется на ливнях короткой и cpeд
ней протяженности.
Реле повышения напряжения нулевой. последовательности 2
деЙствует при однофазных и двухфазных к. з. на землю, KOTOp ):
сопровождаются появлением напряжения нулевоЙ последовате.1Ь
ности и о . В нормальном режиме и о == о.
Однако за счет поrрешности фильтра, питающеrо реле, на ero З:l-
жимах имеется некоторое напря)н,ение небаланса U ьб, от KOTOp111't)
132
реле должно быть отстроено, т. е. и с.; > и нб' Исходя НЗ 3'Toro усло
ВИЯ и с. р обычно принимается равным или большим 15 20 % MaK
симальноrо напряжения на заЖИl\,raх фильтра при однофазных к. з.
Величина небаланса леrко определяется путем измерения напряже
ния на зажимах реле в условиях нормальной работы сети.
. Максимальная защита с блокировкой минимальносо напряжения
'не действует при пересрузках, н.е сопровождающихся понижением
напряжения, и имеет повЫluенную чувствительность к току к. з.
'00 сравнению с простой максимальной защитой. Она применяется
на линиях с большой аварийной наrрузкой, коrда простая макси .
мальная защита не обеспечивает достаточной чувствительности и
надежной отстройки от переrрузки.
4 8. МАКСИМАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ НА ПЕРЕМЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ
ТОКЕ
а) Требования к трансформаторам тока, питающим оператив-
ные цепи
l"IСТОЧНИКО:\1 переменноrо оперативноrо тока в схемах максиыа.ль-
ных защит по соображениям, изложенным в 1 9, в, обычно слу-
жат трансформаторы тока.
Основным требованием, предъявляемым к трансформатор ам
тока, питающим оперативные цепи, является условие, чтобы мощ-
HOCTЬ этих трансформаторов тока ST была достаточна для покрытия
мощности, потребляемой оперативной цепью Sо.ц, т. е. катушкоЙ
отключения выключателя и вспомоrательными реле оперативноЙ
схемы защиты:
ST;:::: Sо.ц'
( 4-16)
Величина Sо.ц В зависимости от типа привода выключателя ко-
леблется от 30 до 500 1 000 вт.
Номинальная мощность трансформаторов тока, при которой обес
печивается работа с поrрешностью, не превосходящей 10%, относи-
тельно мала и при номинальном ВТОРИЧНОМ токе составляет 15 75 ва.
Из сопоставления приведенных цифр следует, что наrрузка опера
ТИвных цепей во мноrих случаях может оказаться больше номиналь-
ной мощности трансформаторов.
.. В связи с этим возникает необходимость заrрузки трансформато.
рОВ тока мощностью, превышающей номинальную. Мощность, OT
да аемая трансформатором тока, S т == /2и 2' С учетом, что и 2 ===
- 1 1
== 2 Z B И /2:;:::;..J:. / :
. n т
S / "! ( /1 А / \2
т == Z н == п ti ) Z н,
rДе 111 =::: /иэм (см. 3 1).
Полуt;е:tная зависимость ST от ZH при /1 =::: пост. показана на
РИс. 4-15. Пока Zп мало. трансформатор работает в прямолинейной
( 4.17)
133
-
части характеристики на аrничивания (рис. 3 2). Здесь /11 незначи..
тельно и ST растет почти пропорционально росту ZH' При некотором
Z;l (оптимальном)' ST достиrает максимума. При дальнейшем увели
чении ZH трансформатор насыщается, 1 нам и /1/ растут очень быстро,
величина (/1 /1/) уменьшается и мощность ST начинает снижаться.
Таким образом, каждый трансформатор тока имеет предельную
максимальную мощность SMaKCJ больше которой есо нельзя засрузить.
у отечественных трансформаторов TQKa максимум отдаваемой мощ"
ности при номинальном токе достиrает зоо 1500 ва. С увеличением
наrрузки сверх номинальной ток намаrничивания трансформаторов
тока и поrрешность по току /1/ превосходят 1 O 'O. в условиях мак..
симальных значений отдаваемой мощности поrрешность h../ повы
шается до 30 60 .
.
ST3
ST2 ,al(c
z1 z;
Рис. 4 15. Зависимость мощности ST'
отдаваемой трансформатором тока от
наrрузки 2 н при различных первичных
. токах /1 и l .
т
60%
ftO%
20%
10%
ZAOft
Рис. 4 16. Зависимость 2 доп
от кратности тока т при
различных поrрешностях f
трансформаторов тока.
Чтобы избежать больших поrрешностей в цепях, питающих за..
щиту, можно выделять питание оперативных цепей на отдельные
трансформаторы тока. Однако такое разделение питания защиты и
оперативных цепей для максимальной защиты обычно не тре..
буется, так как правильную работу этой защиты можно обеспечить и
при сильно наrруженных трансформаторах тока. '
Если поrрешность трансформаторов тока превышает 10%, то
тоrда подсчет вторичных токов срабатывания защиты и токов к. з.,
..
при которых задается время деиствия зависимых защит, нельзя вести
по номинальному коэффициенту трансформации Пр В этом случае
значения вторичных токов находятся с учетом действительной по
rрешности по вырroкениlO .
1" =:;; !. /1/. \ (4..18)
.. п r '\
Для подобных расчетов используются характеристики, аналоrич.
ные 10% HЫM (рис. 3 3), но построенные для 20 60 6 ной поrреш..
насти (рис. 4 16).
Уменьшение наrрузки на трансформаторы тока MOjKHO получить
последовательным соединением двух трансформаторов тока или по..
вышением коэффициента трансформации (см. rл. 3).
134
'.
б) Приставки к приводам выключателей
Рассмотренные возможности работы трансформаторов тока в pe
жиме максимальной отдачи мощности оказываются недостаточными
для МОЩных выключателей 11 O 220 кв, приводы которых имеют
особенно большое потребление. Поэтому для расширения области
применения оперативноrо nepeMeHHoro тока необходимо создание
приводов с малым потреблением мощности и несколькими отключа.
ющими катушками переменноrо тока.
В качестве одноrо из способов, позволяющеrо уменьшить по
требление мощности приводов ВЫКЛlочателей и приспособить имею-
щиеся приводы к работе на переменном оперативном токе, исполь
а)
Н'!
11 1
.'ZJ +
, о
r
:{!
/(0
......
9
rr77' п:7'777'
\
51(
6)
о)
Рис. 4 17. I1риставки к электромаrнитному приводу выключателя.
а катушка отключения выключателя; б приставка к приводу
выключателя; в схема управления приводом с приставкой.
.
u U
зуются дополнительные устроиства к приводам выключателеи, полу-
чившие название приставок (л. 25]. Принцип выполнения приставки
и ее работы иллюстрируется на рис. 4 17.
в обычном приводе (рис. 4 17, а) боек 1, освобождающий механизм отключе-
ния выключателя, приводится в действие сердечником "9 катушки отключения
/(0, которая должна для этоrо получать значительную энерrию от источника
питании. При наличии приставки (рис. 4 1.7, б) освобождение механизма OT
ключения производится не катушкой отключения, а мощной отключаюшей
пружиной 2.
Нормально пружина 2 сжата и заперта в таком положении защелкой 3. При
подаче тока в один из электромаrнитов 4 ero сердечник втяrивается и ударяет по
защелке. Зашелка повертывается BOKpyr оси 5, ролик 6 скатывается с конуса 7,
освобождая пружину 2 и подвижную систему 8. Последняя ударяет по бойКу 1,
который освобождает механизм отключения.
Возврат подвижной системы 8 в начальное положение осуществляетси спе
llиальным заводящим электромаrнитом ЗЭ, обмотка KOToporo получает ток при
включении выключателя от ключа /(У (рис. 4 17, в) и, притяrивая подвижную
систему 8 к упору 10, сжимает пружину 2 и запирает ее роликом 6 защелки 3.
Таким образом, электромаrниты приставки 4 выполняют роль катушки отключе
ния привода, но в отличие от последней потребляют 15 IOO вт, т. е. значительно
меньшую мощность, так как для приведения в действие зашелки 3 требуются He
большие усилии по сравнению С усилиями дли освобождения отключающеrося
механизма выключателя.
.
135
8) Схемы максимальных sащит на переменном оперативном
токе [Л.. 24, 25, 26, 80]
. Схемы максимальных зашит с питанием оперативных цепеЙ от
!Переменноrо тока MorYT выполняться:
1) на 'п.ринципе дешунтирования катушки отключения при сра-
батывании защиты;
2) с питанием оперативных цепей через промежуточный насы-
щающийся трансформатор тока типа ТКБ;
З) с питанием от б.1!.ОКОВ питания;
4) с питанием от предварительно заряженных конденсаторов.
Ниже рассматриваются первая, третья и четвертая схемы. Вто-
рая схема не рассматривается, поскольку из за наличия в ней су-
шественных недостатков, отмеченных в 1.4, она не рекомендуется
к применению.
Соображения, изложенные в 4-3 и 4 4 о свойствах трехфазных
и двухфазных схем и области их применения, остаются в силе и для
защит на переменном оперативном токе.
1') Схемы с дешунтированием катушки отключения выключа..
теля
Подобные схемы выполняются l{aK с зависимой характеристикой
u u
времени деиствия, так и с независимои.
Схемы защит с зависимой характеристикой в двухфазном испол-
нении с одним и двумя токовыми реле показаны на рис. 4-18. Схема на
рис. 4-18, Q предназначена
для привода с двумя ка..
тушками отключения. Схе-
ма на рис. 4.18, б исполь-
зуется, если привод выклю-
чателя имеет только одну
катушку. Обе схемы рас..
считаны на применение
реле РТ .85 или РТ .86,
имеющих мощные переклю-
чающие контакты, которые
MorYT дешунтировать цепь
переменноrо тока с током
до 150 а. Принuип выпол-
нения контактов показан
на рис. 4 19. В нормаль-
ном режиме, Kor да реле Р
не работает, замкнут контакт 1, через который проходит ток транс-
форматора тока 12' питающий обмотку реле Р. Катушка отклю-
чения КО разомкнута контактами 2 и 3. При срабатывании реле
контакт 3 перемещается по стрелке и замыкает сначала контакт 2.
2 затем размыкает контакт 11 после чеrо весь ток 12 направляется
.
НО 1
-:ь-
6)
а)
}--"lIС. 4 18. Схема максимальной защиты с
OJ,ешунтированием катушки отключения вы..
ключателя с реле типа РТ 80.
а ДБухрелейная; б однорелейная.
J36
через катушку отключения. Таким образом,
происходит без разрыва тока, что облеrчает
трансформаторов тока.
Схемы с дешунтированием имеют две особенности. Первая со.
стоит в том, что для их выполнения нужны реле, контакты которых
обладают необходимой мощностью для переключения проходящеrо
. через них тока к. з. при.
мерно 1 O 200 a
Вторая особенность
заключается в том, что
трансформаторы тока до
момента срабатывания
защиты наrружены, как
оБЬNНО, сопротивлением
реле и соединительных
проводов, блаrодаря че
му обеспечиваются нор.
мальные условия работы
защиты и обычный сло.
соб выбора ее уставок.
"
.-.
. j
/(0 :
/
>
Рис. 4 19. Контактная си
стема реле РТ-85 и PT 86,
предназначенная для дешун-
'Тирования катушки отклю-
чения без разрыва цепи тоКа.
----+ п,,'ть тока поСЛе замыка
ння КОН'тактов 2 Ii 3: . путь
тока до замыкания контактов
2 и 3.
.
замыкание цепи КО
работу контактов и
.........
-= А В с...... 10 ic а)
10
..........
17
А
В
С
..........
Ic
6)
зл Д
......... 28 У зп
H :::J
L.!, r ..J '-,
M
2)
б)
...
Рис. 4-20. Схема двухфазной защиты с незави
симой, характеристикой на перемснном опера
тивном токе.
а полная схема: б токовые цепи и цепь оТКJJЮ--
чения; в ВТОрН'IIiCJЯ цепь промсжуточиоrо реле П:
вторичная цепь реле вреМеНИ В.
после срабатывания защиты наrрузка на трансформаторы тока
резко возрастает за счет подключения катушки отключения, в pe
зультате чеrо уве.пичивается riоrрешность д/ трансформаторов тока
и ток /2.. проходящий по реле и катушке отключения, уменьшается.
Величина допуcrимой поrрешности д/ определяется из условия,
чтобы ток /2 был достаточен д.пя удержания в сработанном состоя.
нии реле и надежноrо действия катушки ОТКЛlочения выключателя.
Схема аащиты с независимой характеристикой выдержки вре.
мени приведена на рис. 4 20. Пусковые токовые реле MrHoBeHHoro
действия J включены на токя фаз J а и J С. Токовое реле времени 2,
промежуточное реле 3 и катушка ОТI{лючения 4 включены на раз.
137
ность токов двух фаз (1 a 1 (). Реле времени имеет маломощные КОН-
такты, и поэтому оно действует на промежуточное реле 31 которое
обладает МОЩНЫМИ переключающими контактами.
Промежуточное реле производит подключение катушки отклю-
чения 4 к трансформаторам тока при действии защиты. Особен
ностью реле времени и промежуточноrо реле является то, что они
действуют от TQKa вторичной обмотки трансформаторов тока и
включаются в цепь этоrо тока последовательно. Рассмотрим их YCT
ройство.
Токовое реле времени. Основным элементом реле (rис. 4 21) явля
ется синхронный микродвиrатель с втяrивающимся ротором 1, KOTO
рый питается током трансформа
торов тока через вспомоrатель
ный насыщающийся трансфор
матор 2.
Блаrодаря насыщению TpaHC
форматора 2 обеспечивается > He
изменное напря}кение на BTO
ричной обмотке, ПИТaIощей ДВИ
rатель 1 при изменении тока в
первичной обмотке до 150 а и or
раничивается величина вторич
Рис. 4 21. Принцип деЙствия токо- Horo тока, что позволяет замы
Boro реле времени.
кать и размыкать ее nепь контак"
тами обычных токовых реле.
Емкость С и сопротивление R .отфильтровывают rармоническле
составляющие вторичноrо тока трансформатора 2, оrраничивая их
поступление в синхронный двиrатель.
Нормально вторичная обмотка трансформатора 2 разомкнута, Ta
кой режим допустим, поскольку маrнитопровод трансформатора 2
насыщается при малых токах. При срабатывании пусковоrо реле
защиты (реле 1 на рис. 4 20) оно замыкает вторичную uепь трансфор
матора 2. В двиrателе 1 появляется ток, ero ротор втяrивается в
статор, цилиндрическое зубчатое колесо 3 на оси роторц сцепляется
с зубчатой передачей (редуктором) 4 которая передает вращение ро-
тора на рычаr 5 управляющий контактами б.
. Ротор враrцается с определенной (постоянной) синхронной ско-
ростью Ш соответствующей частоте 50 ец. Через время t p , необходи-
мое для поворота .подвижной системы (рычаrа) 5 на уrол а, контакты
реле замыкаются: t p == аjш. Возврат Б исходное положение ocy
ществляется пружиной 7. Выдержка времени реrулируется уrлом
а путем перемещения контактов б. Некоторым недостатком реле
является изменение скорости вращения ротора, а следовательно, и
выдержки времени реле с изменением частоты. При отклонении час
тоты на 1 ец время действия меняется на 2 o. Эта особенность реле
дол}кна учитываться при выборе ступени селектИвности. Подобные
реле типа PBM 12 на 4 сек и PBM 13 на 9 сек выпускаются Чебок
сарским электроаппаратным заводом. ИХ УСТРОЙСТВО показано на
I
6
'
,
\
r ffi 1
L J
Т
138
рис. 4 22. Реле имеет два насыщающих трансформатора, что позво
ляет включать их на ток двух фаз. Реле срабатывает при токе 2,5 5 а
в зависиIVЮСТИ от соединения обмоток и имеет потребление мощности
1 О еа при токе, равном двойному J С.Р. Разброс времени действия
реле составл яет у PBM 12
М 1.')
0,12 сек и у РВ 13 G
0,25 сек. 13
Токовое промежуточное
реле РП 341 (рис. 4 23) co
стоит из электромаrнит
Horo реле клапанноrо ти
па 4, питающеrося выпрям
ленным током от выпрями-
теля 2. Ток к выпрямителю 8
подается от насыщающе
тося трансформатора 1 пер..
вичные обмотки KOToporo
ВКЛIочаются последователь
но во вторичную- цепь
трансформаторов тока.
Трансформатор 1 как и в
предыдущей конструкции,
оrраничивает величину Ha
пряжепия и тока, пита.ю
щих реле 4 что позволяет
облеrчить условия работы
выпрямителя, а т акже И:ОН-
тактрв пусковых реле или
реле времени, замыкающих
цепь обмотки промежуточ
Horo реле. Помимо Toro,
оrраничение напряжения и
тока, питающих реле 4,
уменьшает ero потребление
при больших кратнрстях
тока к. з.
Конденсатор 3 подклю-
ченный параллельно BTO
р ичной обмотке трансфор
матора, сrлаживает кри
БУЮ вторичноrо тока. Реле
приходит в действие при
вамыкании обмотки 4 контактами реле времени (рис. 4 20) или HC
посредственно пусковыми реле защиты.
Ток срабатывания реле равен 2,5 или 5 а в зависимости от соеди..
нения первичных обмоток трансформатора.
Потре.бление реле зависит от тока в первичной сб:VI0тке реле. np;1
двойном токе J CJ> потребление равно 6 8ln. Н.аибольшеrо значения
..
.
G
Рис. 4 22. Устройство TOKonoro реле вре..
мени типа PBM 12, PBM 13.
1. 2 статор и ротор мпкродвиrателя; 3. 4 Б
зубчатые колеса; 6 редуктор; 7 рамка с KOH
тактными дилиндрами; 8 ,<онтакты; 9 nОВО.
док уставки ВblдержкИ времени; 10 буксирная
стреJШа; / / ВОЗНрl1тнаfl пружина; 12 упор;
13 зам<.I : 14 пружина.
1 9
оно достиrает при разомкнутой
вторичной цепи трансформа-
тора 1.
Переключающие контакты
MorYT переключать 150 а пере
MeHHoro тока и устроены, как
показано на рис. 4 19.
Схемы заlЦИТ с иезависимой
характеристикой имеют несколь
ко раз новидност€й.
В схеме на рис. 4 20 ВСПОМ04
Рис. 4 23. Токовое промежуточное ре- rательные Р еле 2 и З'и кат у шка
ле типа РП З41.
отключения 4 включены на раз
ность токов двух фаз. Такое
включение упрощает оперативную цепь, так как позволяет при
менять по одному промежуточному реле и реле времени, и одну Ka
тушку отключения. Но cxel\'Ia
с включением вспомоrательных
реле и катушки отключения на
разность токов двух фаз не при
, менима для защит, которые дол
жны действовать при к. з. за
трансформаторами с соединением
обмоток A/I::::..
Защиты, предназ наченные
для действия за трансформато
рами с соединением лl DI должны
выполняться по двухфазной
схеме с самостоятельным KOM
.tnлектом пусковых реле, вспо
моrатель ных реле и катушки OT
ключения в каждой фазе (рис.
4 24, а). Реле времени типов
РВМ-12 и РВМ lЗ имеют две
первичные обмотки, что позво
ляет использовать одно реле для
двух фаз. Для этоrо реле В
(РВМ) включается на сумму то-
ков i й + I С. НО при этом оно не
может действовать при двухфаз
ных к. з. 1\1ежду фазами А и С..
к-оrда I а + I с === о. Для YCTpa а токовые цепи и цепи отключения:
пения этоrо недостатка необхо- 6 вторичная цепь реле времени; 8
вторнчная цепь промежуточноrо реле.
димо размыкать цепь одной из
обмоток при одновременном дей
ствии обоих пусковых реле, как показано на рис. 4 24, б. Указан-
ная операция выполняется.с помощью нормально замкпутоrо KOH
такта lТ а реле Т й. -
"
r 1
f2J I I I 1.0
I
I I
Jfl
L.. ...! g
140
А
В
С
'Па
а)
2Ва
в
.6)
6)
Рис. 4 24. Двухфазиая схема защиты
с независимой характеристикой для
выключателей с двумя катушками OT
ключения.
Расчет защиты по схеме с дешунтированием катушки отключения BbInOJl
няется для определения тока срабатывания пусковых реле и проверки надеж м
ности действия oCTa.1JbHbIX элементов, питающихся от трансформаторов тока.
Расчет состоит из четырех частей:
1) Выбирается первичный и вторичный токи срабатывания токовых пусковых
ре.ле (lс.з и 1 с . р ) по выражениям (4 4), (4-5) и (4 6). Проверка поrрешности траНС 4
форматоров тока производится для защиты с независимой характеристикой при
J с . з , а для зависимых при токе к. з., при котором задается время действия за
щиты. При этом сопротивлеllИе обмоток реле времени и промежуточных реле
Zp принимается наибольшим, т. е. при разомкнутой вторичной цепи трансформа
rropoB этих реле.
2) Проверяется надежность работы вспомоrат льнЫх реле и катушек отклю
чения после их дешунтирования.
Для надежноrо действия катушки отключения после дешунтирования необ-
ходиJl,Ю, чтобы вторичны!! ток трансформаторов тока 1 был не меньше величины
/ === k H l c . K . o , (4-19)
rде 1 С.К.О ток срабатывания катушки отключения; k H коэффициент надеж м
JЮСТИ, равный 1 ,2 1,4.
Аналоrичным путем определяется условие наПежной работы вспомо'rатель-
ных реле, но их чувствительность значительно выше чувствительности КО. Поэ-
тому расчетным является уравнение (4 19).
Соответствующий току 1; первичный ток С уче- Вт
том п rрешности трансформаторов тока (l нам) pa
. вен:
1; === (1 + 1 нам) n т === (k H 1 с. К. о + / нам). (4 20)
Чтобы обеспечить надежное действие катушки
отключения при срабатывании защиты, ток сраба
тывания защиты должен быть равен или больше
полученноrо по формуле (4 20) тока / :
1 с. 3 1; == (k H / С. к. о + 1 нам)'
ашуд
(4 21 )
Рис. 4 25. Характеристи..
ка намаrничивания транс..
форматоров тока Вт ==
=== f (awyJ.
З) Проверяется отсутствие возврата ре.ле
РТ (ИТ) и РП 341 после дешунтирования катушек
отключения (КО).
Уменьшение вторичноrо тока после деШУНТИРОl3ания КО не должно вызвать
возврата реле (РТ-85 или ИТ 85 или РП-341), осуществляющеrо дешунтирова- -
нне.
Для этоrо необходимо, чтобы вторичный ток 1;, проходящий по pe.'le после
дешунтирования КО, удовлетворял условию
/ k l / Воз == k н k воз l с. р'
rде /..юз Ii I с.р ток возврата и ток срабатывания дешунтирующеrо реле; k H .....
коэффициент надежности, равный 1.2.
Как и Б предыдущем случае, соответствующий первичный ток
lr == (k н / воз + / нам) n т . (4,.22)
Для исключения возврата дешунтирующеrо реле после расшунтирования КО
необходимо, чтобы первичный ток возврата реле отвечал условию l Б031 Т;.
Поrрешность или ток намаrничивания l нам может БЫть найден по эксI1еримен-
rrальной характеристике и 2 == f (l.J (см. 3 3), по кривым поrрешностей трансфор-
маторов тока (рис. 4 16) 'или по кривым намаrничивания трансформатора тока
(рис. 4 25).
В последнем случае подсчитывается величина вторичной э. Д. с. трансформа
rropOB. тока Е 2 :::::: k H / С.К.О (2 2т + 211)' затем определяется максимальная индукш1Я
Е 2 . 108 . ..
. Вт == 4,44fw 2 S ' по кривои ндмаrничивания (РИ<А 4 25) определяется удельное
141
значение JнамWуд' Зная среднюю длину' пути маrнитноrо потока 1, находим ток
намаrничивания:
J [(/ Н8М W 2)уд]1
нам W 2 .
4) Проверяется надежность действия контактов реле дешунтирующих КО.
Зная, что контакты реле РТ 85 и РП 341 MorYT переключать ток До 150 а при усло.
вии, что сопротивление КО не превышает 4,5 ом, получаем условия надежной ра.
боты контактов:
/ . J к.макс 150
2 макс === а,
n у
rде /к.М8КС максимальный ток к. 3., проходящий по защищаемому участку.
Если условие (4 23) не выполняется, необходимо определнть /2макс С учетом
lHClM' т. е. насыщения.
Если и в этом случае условие (4 23) не обеспечивается, необходимо увеличить
n т или применить друrие схемы оперативноrо переменноrо тока.
В тех случаях, коrда применяются приставки к приводам выключателей,
имеющие незначительное потребление катушек отключения КО, поrрешности
rrрансформаторов тока после дешунтирования КО получаются меньше 10%. Тоrда
расчет ведется по приведенным выше формулам (4 21) и (4 22), НО lHaM принимается
в них равным нулю.
(4 23)
д) Схемы с питанием оперативных цепей защиты от блоков
питания
На рис. 4.26 приведена схема двухфазной максимальнои защиты с
питанием вспомоrательных реле 2 3, 4 и катушки отключения КО вы.
прямленным током от блока питания БПТ. Поскольку. выпрямлен
ное напряжение являет.
ся постоянным, схемы
на выпрямленном токе
выполняются так же,
как и схемы на по.
стоянном токе. В каче.
стве вспомоrательных
реле (времени, проме
жуточных, указатель.
ных) используются обыч.
ные реле постоянноrо
то ка.
fлавным вопросом
при выполнении защит на выпрямленном токе являются способы
(схемы) подключения блоков питания БЛ к трансформаторам TQKa
и напряжения.
Основным источником питания для защит от к. з. служит
токовый блок БЛТ. Блок напряжения БЛ Н является дополнитель.
ным и обеспечивает необходимую мощность и на1Iряжение при ма.
лых значениях тока к. з. Блок напряжения может не применяться,
если токовый блок обеспечивает надежное действие защиты. Схемы
включения токовых блоков должны выбираться из условия, чтоБыl
на выходе блока имелось достаточное напряжение при всех возмож.
ных видах повреждения на защищаемом элементе.
/(0
+
liпт
Рис. 4 26. Схема двухфазной защиты с пита.
нием оператнвных иепей от блока БПТ.
142
.
В сети с изолированной нейтралью для защит, не рассчитанных
На действия при к. з. за трансформаторами с соединением обмоток
А/6, применяется включение блоков Б ПТ на разность двух токов
ja jc по рис. 4 26.
При необходимости действия защиты при к. з. за трансформа
торами с соединением обмоток A/6 устанавливаетс вт<?рой токовый
блок, включаемый на ток 1 ь или разность токов 1 b Ic' Выходные
цепи обоих блоков включаются параллельно (рис. 4 27, а).
При соединении трансформаторов тока в двухфазную звезду
второй блок включается в общий провод, rде проходит ток OTCYT
ствующей фазы 1 ь.
А 8
а)
с ja /c + .ТТ
БПт,
Ih
.......
БП'2
f.,.,.
ia lc "
+
БПТ
аЬс
I БПН
А 8 С
о) тн
Рис. 4 27. Схемы включения
б,,10КОВ питания.
Рис. 4-28. Комбинированный блок питания
тока и напряжения типа БП 10.
Аналоrичные схемы из двух токовых блоков применяются в сети
с rлухозаземленной нейтралью.
Блок напряжения включается на лин йное напряжение
(рис. 4 27, 6). ПРИНllипиальная схема комбинированноrо блока тока
и напряжения БП 10 приведена на рис. 4 28.
Блоки питания MorYT устанавливаться на каждом присоедине
нии для питания только ero защит или использоваться как rруппо
вые с питанием защиты нескольких присоединений. Для надежноrо
действия зашиты уровень напряжения на выходных зажимах бло
ков ПИ1:аНИ51 должен быть достаточным для работы реле времени,
промежуточных реле и катушки отключения. С учетом падения Ha
пряжения в соеДИНИ1"ельных проводах это напряжение должно
быть не меньше 0,8 0,9 номинальноrо значения 110 или 220 в при
всех режимах и всех видах К. з. _
Выполнение этоrо условия проверяется расчетами по характерис
тикам зависимости выходноrо напряжения от тока для токовых б.11О"
}{ов И от напряжения для блоков напряжения.
В токовых блоках принимаются специальные меры для стаби"
лизации выходноrо напря}кения и повышения отдаваемой мощности
lЛ. 27J. С этой-целью установлен конденсатор С (рис. 4 28), который
143
подбирается так, чтобы в сочетании с индуктивностью вторичной об
мотки промежуточноrо трансформатора обеспечивались условия
феррорезонанса (опрокидывания), наступающие при некотором токе
1 x, коrда XL ==::; Хс. Параметры блока
подобраны таким обраЗОМ J чтобы ферро
резонанс наступал при входном токе 1 x
около 5 а.
При токах, превышающих 1 x, т. е.
за пределом точки феррорезонанса (опро
кидывания), стабилизируется величина
выходноrо напряжения и вых (рис. 4 29)
улучшается форма кривой ивых за счет
уменьшения в ней rармонических COCTaB
ляющих и Уl\'1еньшается реактивная Ha
rрузка промежуточноrо, а следовательно,
и основных трансформаторов тока.
Отечественная промышленность BЫ
пускает комбинированные блоки БП 10
мощностью 40 em J блоки тока БПТ lОО мощностью порядка 240 вrп
и БПТ 1002 кратковреl\'1енной мощностью дО 1 OO вт и блоки Ha
пряжения БПli 100 и БПli 1002. Все блоки рассчитаны в среднем
на 11 О или 220 в. Тип блока выбирается в зависимости от величины
наrрузки. В rорэнерrо разработаны и применяются блоки питания
с маrнитным суммированием токов и напряжений, питающих блоки.
2
,
IВхl
,
/&2
/8)(
,
/8хЗ
Рис. 4 29. Характеристики
и вык == f (1 ВХ) TOKOBoro бло
ка с феррорезонансным КOH
туром для разных наrрузок
блока (J J 2 t 3).
е) Схемы защиты с использованием энерrии заряженноrо KOH
..
денсатора для питания оперативных цепе"
Принципы питания оперативных цепей защиты от предваритель
но заряженных конденсаторов были освещены в 1 9, в.
Iia рис. 4 30 изобра
жена схема максималь
ной токовой защиты,
в которой отключение
выключателя . осущест
вляется за счет энерrии,
запасенной в KOHдeHca
торе С. Схема выполнена
с помощью двух токовых
реле и TOKoBoro реле в pe
мени, соединенных по
обычной схеме. KOHдeH
сатор С находится в заря..
женном состоянии.Заряд
ero производится заряд
иым устройством УЗ 400t которое питается от трансформатора напря
жения или от трансформатора собственных нужд. При к. з. сраба
тывают пусковые реле, они замыкают цепь обмотки реле времени.
144
oт ТН
Рис. 4 30. Схема защиты с питанием оператив
ных цепей от заряжеНlIоrо конденсатора.
[Iоследнее с выдержкой времени замыкает конденсатор С на Ka
тушку отключения ко. Конденсатор С разряжается, и ток раз
ряда приводит в действие ко. .
3 а р я Д н о е у с т рой с т в о УЗ 400 (рис. 4 31) состоит из -
повышающеrо трансфррматора Т H выпрямителя В и двух вспомо
rательных реле: поляризованноrо Р П и реле минимальноrо напря
жения РН.
Напряжение от трансформатора напряжения подается на зажи
мы 2 8; оно повышается до 400 8, выпрямляется и подается через
. размыкающие контакты реле Р Н ( ) тн
_ на выходные зажимы 5 7. К этJlм 5
зажимам подключается KOHдeHca I
тор С. Повышение напряжения до :
400 8 позволяет уменьшить емкость =*= с
конденсатора С, так как энерrия, I
I
запасенная !{онденсатором, пропор- I
I
циональна квадрату напряжения: 7
W ::;= и 2 С/2. (+)
Выпрямитель В необходим для
заряда . конденсатора, поскольку
осуществить ero заряд до стабиль- Рис. 4 31. Зарядное стройстrзо
HOrO уровня переменным током не УЗ 400.
представляется возможным. Реле
Р П служит для контроля наличия напряжения- на выходных за-
жимах 5 7. При исчезновении напряжения вследствие поврежде-
ния конденсатора или выпрямителя В или при исчезновении питаю-
щеrо напряжения ток в реле Р П пропадает и оно срабатывает. .
Конденсатор С 1 сrлаживает пульсацию выпрямленноrо напря
жения. Реле РН контролирует наличие напряжения на входе за
рядноrо устройства и отключает конденсатор С от зарядноrо уст-
ройства при исчезновении напряжения. Этим предупреждается раз
ряд конденсатора С через сопротивление источника питания. rCT
t'ойство УЗ 400 рассчитано на заряд конденсатора емкостью до
500 мкф.Для действия привода ПС.,1 О необходим конденсатор 75 мкф.
4-9. МАКСИМАЛЬНАЯ ЗАЩИТА С РЕЛЕ прямоrо ДЕЙСТВИЯ
в rородских и сельских распределительных сетях 6 10 кв, а
также на промышленных предприятиях в целях удешевления и Упrо
Iцения защиты применяются реле прямоrо действия для выполнения
токовых максимальных защит. Отечественная промышленность
выпускает токовое реле прямоrо действия MrHoBeHlibIe типа РТ 1\\
и с оrраниченно зависимой характеристикоЙ времени действия типа
РТВ. Эти реле встраиваются в rрузовые и пружинные приводы.
Схемы максимальной защиты прямоrо действия отличаются Про-
стотой и небольшой стоимостью. На рис. 4 32 показаны двухфазные
схемы с реле типа РТВ.
Характеристика времени действия реле приведена на рис. 4-33.
145
Реле РТВ представляет собой электромаrнитное реле со втяrи
вающимся якорем (рис. 4 34). Нормально под действием пружины 3
якорь реле 2 находится в нижнем положении. При токе 1 р > 1 с.р
электромаrнитная сила F э > F n и якорь реле втяrивается и сжи
f\.IaeT пружину 3, которая давит на стопорное кольцо 5 ударника 4,
стреl\IЯСЬ поднять послед..
ний вверх. Однако движе..
ние ударника несвободно,
оно тормозится часовым
механизмом б. Чем больше
ток Ip, тем больше ежи..
мается пружина под дей..
ствием силы F э и тем бы..
стрее будет двиrаться часо
вой механизм.
Следовательно, время,
необходимое для переме..
щения ударника из началь
HOro положения до момента
удара по отключающему
рычаrу 8 привода, зависит
от величины тока 1 Р. При
Ip 3Ic.p пружина с)ки..
мается до предела и даль
неЙшие увеличения тока
не сопровождаются изме..
нением скорости движения
часовоrо механизма. При
этом токе наступает неза..
висимая часть характери..
стики реле (рис. 4 33).
В конце хода ударниК рас..
цепляется с часовым механизмом. Блаrодаря этому ero скорость и
обусловленная ею кинетическая энерrия 'ударника рез.ко увеличи..
ваются и он с возросшеЙ силой ударяет по рычаrу 8, отключая
,
.."
и)
б)
Рис. 4 З2. Схемы защиты с реле прямоrq
действия РТВ.
IJ J
1
7
6
11
Рис. 4 З4. Токовое реле прямоrо действия
типа РТВ.
146
t
14
12
10
8
fi
2
О
I
/р
1 !с. р
.
I
2
I
:J
Рис. 4 33. Характеристп
ка времени действия реле
РТВ.
(
ВЫКЛlочатель. Конструкция реле более подробно описываетсЯ в
rл. 26, 301.
Недостатки реле прямоrо действия отмечались в 1 8. Поrреш
ность по времени действия достиrает + 0,3 се/(. Поэтому при выборе I
выдержки времени на защите с РТВ ступень селективности !J..t при
нимаетСЯ равной 0,8 сек, Обмотка реле имеет значительное потреб
ление около 50 ва при токе срабатыванItя. Поэтому трансформаторы
тока, питаlощие реле прямоrо действия, достаточно сильно заrру
жены. По мере втяrивания якоря 2 и перемещения ударника 4
вверх потребление реле растет. Точность трансформаторов тока
должна быть обеспечена при токе срабатывания реле.
4 IO. ОБЩАЯ ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ TO
КОВОЙ ЗАЩИТЫ
Достоинствами максимальной токовой защиты ЯВЛЯIОТСЯ ее
простота, надежность и небольшая стоимость по сравнеНИIО с дру-
rими видами защиты. По своему. принципу максимальная токовая
защита обеспечивает селек тивность в радиальных сетях с односто-
ронним питанием. Однако в некоторых случаях ее удается применять
и в более сложных сетях, имеlОЩИХ двустороннее питание.
К недостаткам максимальной защиты относятся:
а) большие выдержки времени, особенно вблизи источников пи
тания, в то время как именно вблизи шин станции по услов по устой-
чивости необходимо быстрое ОТКЛlочение к. 3,;
б) недостаточная чувствительность при к. 3. В разветвленных
сетях с большим числом параллельных цепей и значительными то-
ками наrрузки.
Максимальная токовая защита получила наибо ее широкое рас-
пространение в радиальных сетях всех напряжений, в сетях 10 кв
и ниже она является основной защитой. '
r лава пятая
ТОКОВЫЕ ОТСЕЧКИ
5 I. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВЫХ ОТСЕЧЕК
Отсечка является разновидностыо токовой защиты, ПОЗВОЛЯIО
щей обеспечить быстрое ОТКЛlочение К. 3. Токовые отсечки подраз-
деЛЯIОТСЯ на о т с е ч к и 1\1 r н о в е н н о r о дейсrвия и о T
С е ч К и с в ы Д е р ж к о й времени (порядка 0,3 0,6 сек).
Селективность действия токовых отс чек достиrается оrраниче
нием их З0НЫ работы так, чтобы отсеЧКа н е Д е й с т в о в а л а при
к. 3. на смежных участках С-ети, защита которых имеет выдержку
времени, равную пли больше, чем отсеЧКа. Для этоrо ток срабатыва
иия отсечки должен быть больше максимальноrо тока к. 3., прохо
147
дящеrо через защиту при повреждении в конце выбранной зоны дей
ствия. Такой способ оrран чения зоны действия основан на том 9
что ток к. з. / к зависит от ве.J1ИЧИНЫ сопротивления до места повреж
дения (рис. 5 1). Действительно, ток к. з. В какой либо точке p c
сматриваемоrо участка линии
/к== Ес Ес
Хс + Х п . К Хс + xylK '
rде Ес эквивалентная э. д. с. reHepaTopoB системы; Хс и Х п . К
сопротивление системы и участка линии до точки к. з. (активная c
ставляющая сопротивления, для упрощения, не учитывается);
Ху удельное сопротивление линии, о.м/км; lK длина защи
щаемой линии от ее начала до
точки к. 3.
И$ (5 1 ) следует, что при удале
нии точки к. з. от источника пита..
ния (ил И от места расположения
защиты) сопротивление Х п . К растет
(Х п . к = [к), а ток к. З., COOTBeTCT
венно уменьшается, как показано
на рис. 5 1.
Если по условиям селективно
сти отсечка не должна действовать
при к. з. за точкой М (рис. 5 1),
то для обеспечения этоrо условия
необходимо выбрать
Рис. 5 1. Лринцил действия токо..
вой отсечки. / с. в> / к (м).
(5 1)
J/r
I
I
1#
IK(N} I
ЗОНО Oтi:eI/HI1 !
I
I
,J M
Ес,хс
(5..1 а)
Тоrда при к. з. за точкой М отсечка действовать не будет, а при
повреждении в пределах участка АМ будет действовать на ТОЙ
части линии AN, rде / к > / С.В' Таким образом, зона действия за
щиты с током срабатывания, выбранным по условию (5 18.), охва..
тывает только часть линии (AN) и не выходит за ,пределы уча..
cTI<a АМ. ,
Токовые отсечки применяются как -в радиальной сети с ОДНОСТО..
ронним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.
Для обеспечения расчетной зоны действия отсечки трансформа..
'[оры тока, питающие ее цепи, должны работать при токе срабаты.
вания отсечки (т. е. при /р == /с.з) с поrрешностью А/ 10%.
5 2. СХЕмьl ОТСЕЧЕI(
Принципиальные схемы отсечек MrHoBeHHbIx (без выдержки вре..
мени) и с выдер'жкой времени на постоянном оперативном токе изо..
бражены на рис. 5 2, а и б.
'В сети с rлухозаземленной нейтралью от всех видов к. з. приме..
няются трехфазные схемы. В качестве защиты от междуфазных к. з.
используется двухфазная схема неполной звезды.
148
В сети с изолированной нейтралью или заземленной через боль.
Ш сопротивление применяются двухфазные схемы, подобные схе.
мам на рис. 4.5, а и б.
Трехлинейные схемы отсечек на постоянном оперативном токе
аналоrичны схемам, приведенным на рис. 4 2 и 4 5.
Все соображения о дo
стоинствах и недостатках
этих схем, изложенные в
4 3, относятся и к схемам
отсечек.
Так же как и макси.
мальные защиты, отсечки
выполняются на постоян.
ном и переменном опера.
тивном токе, а также с по
мощью реле прямоrо дей
ствия по cxeMaM приведен
ным на рис. 4 20, 4.26,
4.30, 4.32.
Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают со схе.
мами максимальных защит с независимой ВЫдерЖКоЙ ВреМеНИ.
Схемы отсечек без выдержки времени отличаются от указанных
схем максимальной защиты отсутствием реле времени.
Ниже рассматриваются способы выбора уставок различных
видов отсечек.
й)
б)
Рис. 5-2. Однолинейная схема токовой OT
сечки.
а Мf'):IOвенной с t;::::: О; б с выдержкой вре-
МенИ.
5.3. ОТСЕЧI(И MfHOBEHHOrO ДЕЙСТВИЯ НА ЛИНИЯХ С ОДНОСТОРОННИ \
ПИТАНИЕМ
а) Ток срабатывания отсечки
По УСЛОВИIО селективности с защитами остальной сети отсечка
без выдержки времени (с t з ::;::::: О) не должна работать за предела tlи
защищаемой линии АВ (рис. 5.3). Ток срабатывания мrновенной от.
сечки должен удовлетворять условию (5 2) при к. з. В коние защища.
емой линии АВ, Т. е. в точке М (рис. 5.3). В соответств.ии с этим при
нимается, что,
(5 2)
I С.3 == kЗD.пll< (М) MD.I<C,
.
rде J к (М) макс максимальный ток к. 3. В фазе линии при к. 3. на
шинах подстанции В (точка М на рис. 5.3); k зап коэффициент за.
паса, учитывающий поrрешность в расчете тока к. з. J к(М) M:!I<C И
поrрешность в токе срабатывания реле.
Ток к. 3. /1< (М) макс рассчитывается для таких режимов работы си.с- '.
темы и вида повреждения, при которых он оказывается наибол ь.
шим. Поскольку собственное время действия отсечки равно 0,02
0.01 ce то ток / к(М) макс рассчитыв.ается для начальноrо момента
времени (t === О) и принимается равным действующему значению пе.
149
риодической составляюшей. При расчете тока к. з. reHepaTopbl заме
щаются сверхпереходным сопротивлением Xd.
в схемах отсечки, rде токовые реле деЙСТRУЮТ непосредственно
на отключение без ПРОl\lежуточноrо реле, время действия отсечки
может достиrать одноrо периода
(т. е. 0,02 сек). В этом случае сле
дует учитыватч апериодическую
составляющую тока к. З., умножая
ток I к(М) М3КС на коэффициент
ka == 1,6 -+ 1.8.
у отсечек для ЗaLДИТЫ линиЙ
С токовыми реле типа РТ коэффи
циент запаса k эап == 1,2 -+ 1,3. Для
отсечки с реле типа РТ 80, KOTO
рые имеют поrрешность в токе
срабатывания 20 25 '0, принима
ется повышенный k эап == 1,5.
3 о н а Д е й с т в и я отсечки
определяется rрафически, как по
казано на рис. 5 3. Обычно строят
J максимальный rOl< I к ; 2 мини- ся кривые тока к. з. в зависимости
мальный ТОК [к. от расстояния 1 до точки К. з. 1 к ==
=== f (l) для максимаЛЫ.юrО и мини..
мальноrо режимов (кривые 1 и 2 на рис. 5-3), и по точке пересече-
ния их с прямой I с.э находится конец зоны отсечки в максимальном
и минимальном режимах (AN 1 и AN 2 ).
30на действия отсечки зависит от характера (крутизны кривой)
спада тока по длине линии. Чем больше различаются токи 1 к при
к. з. В начале и конце линии, тем
больше получается зона, OXBaTЫBae
:мая отсечкой. 30НУ действия отсечки
можно также определить по формуле
11(
4з
:r а;
I
1k2 IAf I
А I 8
f .i;, ""
4 ;'
Рис. 5 З. rрафический метод опре
деления зоны действия мrновенной
отсечки.
О/ 100 ! Е с )
Хоте /() == \ 1 ХС ,
х л с. з
(5-3)
х
rде Хоте зона действия отсечки, BЫ
раженная в процентах от сопротивле
ния защищаемой линии; Х л сопро Рис. 5-4. Зона действия отсечки
тивление защищаемой линии; ХС блока линия трансформзт р.
сопротивление системы [см. рис. 5 11,
1 С.Э ТОК срабатывания отоечки, выбранный соrласно (5-2).
Правила устройства электроустановок рекомендуют применять
отсечку, ес.НИ ее зона действия охватывает не меньше 20% защищае-
мой линии. При схеме работы линии БЛОКОf l с трансформатором
(рис. 5 4) отсечку отстраивают от тока к. з. при к. з. за трансформа
тором в точке К 1 . В этом случае отсечка защищает всю лииию и
оказывается весьма эффеи:тивной.
Е
150
Вследствие простоты отсечки она применяется в качестве допол-
нительной защиты при зоне действия, меньшей 20%, если основная
защита линии имеет мертвую зону.
б) Время действия отсечки
Время действия мrновенной отсечки складывается из времени cpa
батывания токовых и промежуточноrо реле (рис. 5 2, а). При быстро-
действующих промежуточных реле (0,02 сек) отсечка срабатывает
в течение t з == 0,04 + 0.06 сек. Промежуточное реле облеrчает pa
боту K HTaKTOB токовых реле и позволяет не учитывать апериоди
чес кую составляющую тока к. З., поскольку последняя затухает
очень быстро (за 0,02 O,03 сек).
На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми раз
рядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время pa
боты разрядников составляет около 0,01 0,02 сек. При каскадном
действии разрядников оно увеличивается дО 0,04 O,06 сек.
Применением промежуточноrо peJIe с временем действия t ==
== 0,06 0,08 сем удается отстроить отсечку от работы разрядников.
5 4. НЕСЕЛЕКТИВНЫЕ ОТСЕЧ КИ
Неселективной отсечкой называется мrновенная отсечка, дей..
ствующая за пределами своей линии. Т акая отсечка применяется ДJIЯ
быстроrо отключения к. з. в предеJIах всей защищаемой линии в тех
случаях, коrда это необходимо для сохранения устойчивости. He
селективное действие отсечки при к. з. вне линии исправляется при
помощи АПВ, включаЮlцеrо
обратно несеJIективно ОТКJIЮ
чившуюся линию. Пример
применения неселективной OT
сечки приведен на рис. 5 5.
Для сохранения устойчи-
вости работы reHepaTopoB
rэс А на линии Л 1 YCTaHOB
пена отсечка 1, несеJIектив
ная по отношению к ЗaIците
трансформаторов. т ок сраба Рис. 5 5. Неселективная ОТсечка в соче
тании с АПВ.
тывания отсечки 1 отстраи
вается от конца зоны OTce
чек 2 и 3 установленных на трансформаторах Т2 и T3 т. е.
1 с.зl == (1, 1 1,2)1 с. 32 (или 1 С. 33). При такой уставке отсечка 1
охват.ывает защищаемую линию Л J но не выходит за пределы
трансформаторов Т2 и Т3.
При К. з. В каКОМ JIибо трансформаторе, например T3 в преде-
лах зоны действия отсечки 1 последняя срабатывает одновременно
с отсечкой поврежденноrо трансформатора, ПОСКОJIЬКУ их время дей
ствия одинаково (! ;::::: О)..В результате этоrо, кроме трансформа-
Системй
rv
Т2
Л/
АпtJ
F.JC А а/. fj
1 зо"оотСfЧfКIJI , ст. ТЗ
t ... . ЗOItO 0п;С: If!flI J,,;
151
тора ТЗ, неселективно отключается линия Л/. При этом пускается
А П В, которое включает обратно неселективно отключившуюся
ЛИНИIО Л/и восстанавливает, та]{им образом, питание подстан..
ции В.
"
5 5. ОТСЕЧКИ НА ЛИНИЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ
На ,,'1инии с двусторонним питанием мrновенная отсечка не долж..
на деЙствовать при к. 3. за пределами защищаемой линии (в точках
/( А И Кв на рис. 5 6). Исходя из этоrо, ток срабатывания выбира
ют большим тока / КА. проходящеrо от reHepaTopoB А при к. 3. на
шинах B и тока 1 кв' проходящеrо от reHepaTopoB В при к. 3. на
шинах А (рис. 5..6). Ток срабатывания вычисляется по выражению
(5 2), rде вместо / к(1И) макс подставляется большиЙ И3 токов / КА или
/ КВ'
При наличиидвустороннеrо питания линии по ней MorYT проходить
токи,- оБУС,,'10вленные качаниями reHepaTopoB А тносительно reHe..
раторов В. Во избежание непра..
вильной работы отсечки при кача..
ниях ее ток срабатывания д лжен
отстраиваться и от токов качания
/ ка"нДЛЯ чеrо / С.В должно удовлетво"
рять одновременно с (5..2) условию
/ С.З k звп / кач.мвкс, (5..4)
I
1
llJ'B 'с.! l/(A
11
:;;;;;. i ;17
к А
В
Рис. 5 6_ MrHOBeHHbIe отсечки на
.,'Jинии с двусторонним питанием.
rде k зап == 1,2 + 1,3.
l\1аксимальное значение / иач
определяется с некоторыми допу"
щениями по формуле (13 3a):
2Е
/кач.макс == х'
АВ
rде Е э. д. с. reHepaTopOB А и
. В, дЛЯ упрощения Е А и Ев счи.
таются равными: Е А ;::::::: Ев;::::::: Е ;::::::: 1,05 U reH ; XAB суммарноесопро..
тнв.пение от reHepaTopoB А до reHepaTopoB В, равное сумме Xr А +
+ХС + ХТВ, при этом ХТА и ХТВ сверхпереходные сопротивления
reHepaTopoB А и В (Xd), Хс сумма сопротивлений всех остальных
элеI\Iентов, включенных между шинами reHepaTopoB А и В.
Ток срабатывания выбирается большим И3 двух значений, полу..
ченных по условиям (5 2) и (5..4). На линиях с двусторонним пита..
нием отсеч]{и ставятся с обеих сторон линии. Очевидно, что ток ера..
батывания отсечек на обоих концах линии получается одина]{овым.
Зона деЙствия каждой отсечки определяется по точке пересечения N
прямоЙ тока / с.з с соответствующей кр»вой тока к. 3. Схема отсечки
на линии с двусторонним питаниеМ ничем не отличается от схемы на
рис. 5 2, а.
152
Мrновенная отсечка защищает только часть линии; чтобы выпол
''"' .,
нить зашиту всеи линии с минимальным временем деиствия, при
меняется отсечка с выдержкой времени (рис. 5.2, б). Зона и время
действия тако;1 отсеЧI{И 1 (рис. 5 7, а, б) cor ласуются с зоной и Bpe
менем действия мrновеннои OT
сечки 2 так, чтобы бы..1а обеспе
чена селективность.
Для выполнения этих условий
, время действия 131 отсечки 1 (рис.
5 7) выбирается на ступень дt
больше t 32 отсечки 2:
Практически в зависимости от
точности реле времени отсечки 1
13 === 0,3 + 0,6 сек.
Зоны действия отсечек 1 и 2 co
r ласуются между собой при усло
вии, что зона действия отсечки 1
должна быть короче зоны работы
отсечки 2 (рис. 5 7, 6).
В сети с OДHOCTOpOH
Н И М n и т а н и е м ток, прохо..
дящий через защиты 1 и 2 при к. з.
па линии Л2 (точка J(), одинаков.
llоэтому cor ласование зон дей
ствия защит 1 и 2 можно обеспе
чить, выбрав J С.зl > / с.з2'
При таком соотношении TOI{OB
срабатывания защит отсечка 1 не бvдет действовать. если ток к. з.
недостаточен для дей<,;твия отсечки 2: I.-Iсходя из этоrо, принимаем:
5 6. ОТСЕЧI\И С ВЫДЕРЖI\ОЙ ВРЕМЕНИ
(н == (32 + Дl.
(5 5)
lн
а)
1
'"
lc.32
I
,/(
1"
I
I
I
I
i
I
J J
I
t З 2 1
I I I
:JOHnoтee'IНlL/
JOHll oтee'lIfU 2
l
30на Oтcel,'Klll
!
1/(1
в I K21
lн,=I,r2 =? I
I
I
J
I
t
t
(j)
Рис. 5 7. Выбор IC.з отсеЧIШ с BЫ
деРЖIЮЙ времени на ЛИНИИ с ОДН(r
СТОрОННИМ питанием.
/ с. 31 == k зfш / с. 52'
(5 6)
Коэффициент запаса k 5ап берется раВНЫ!\.1 1, 1 1,2.
Зона действия отсечки 1 (AN на рис. 5 7, а) находится, как и
в предыдущих случаях, rрафически для l\1аксимальноrо и минималь
HOI O режима по точке пересечени я N.
В с е т и с Д в у с т о р о н н и м п и т а н и е м токи / Кl И
/ К2, проходящие через отсечки 1 и 2, неодпнаковы (рис. 5 8). Ток
J К2 > / кl, так как / К2 == 1 Кl + / кз. С учетом ЭТО!,О соrласование зон
действия отсечек 1 и 2 обычно выполняется rрафическим способом.
Для этой цели (рис. 5 8) строится зависимость / Кl И / К2 от расстся.
ния l до точки к. з.: /к === f (l).
По пересечению прямой / С.32 С кривой / К2 (точка М) определяется
конец зоны действия отсечки 2. от точки М необходимо отстроить
J53
отсечку 1. Для этоrо по кривой 11<1 находится ток l"I(M), ПРОХО:I
щий в защите 1 при к. з. В конце зоны отсечки 2 (точка М). В СОО-I
веТСТВIllI с ус.повие:\I )(5 2)
1 с. 31 == k зап l К1 (М), (5 6<.
Расчет ведется при l\IаксимаJIЬНОМ значении тока 1 к1 и IvIИНIВIа.'I;. -
ном значении тока 1 к2'
1(')/
!
I 1М
I 2 I
1 J J"'2 I
/(1 1М
"u
ЛI I/(З NI Л2
I/( А I
rv I
А 8 I l
"'А t t I I I ,
f t,=t 2 +Jt ; 1 М : yt2 I
: !
8 N М С
Рис. 5-8. Выбор 1 С.3 отсечки с выдержкой вреыени
на линии с двусторонним питанием.
ТОК 1 с. з должен быть отстроен также и от тока 1 кА при УС з. E j
[иинах подстанции А. Зона действия отсечки 1 определяется fЮ
точке пересечения I с. з1 И 1 к1, Т. е. по точке N.
Схеl\ЛЫ отсечки с выдержкой времени выполняются так же, кзr
И cxe:VIbl l\IаКСИl\;fальных защит снезависимой характеристико;'{
(рис. 4-2) . Токовая отсеЧI\:l
с выдержкой времени охва
тывает пол ностью защища (>
МVЮ линию И частично
'"
следующий участок.
t
},
.1t
l
f 2 3
.QO
I I
1 4 5
{. О
5-7. ТОКОВАЯ ТРЕХСТУПЕН
ЧАТАЯ ЗАЩИТА
Сочетая 1\1 а ксимальну < '
защиту с ыrновеннои о>
сечкой и отсечкоЙ с Б:.>
дерХСКОIUI вреыеНII, l\ЮЖНО получить трехступенчатую защит:',
обеспечивающую быстрое отключение повреждениЙ на защища,:
ыой линии j] 1 и резерви рующую защиту 2 следующеrо учаСТКеl.
Харш{теристика времени действия трехступенчатоЙ токовой :::
щиты показана на рис. 5 9. ПРОТЯ)l{енность зон l\1 няется в завис;>
1\1ОСПI от ре}Юlыа работы систеl\1Ы.
Рис. 5 9.
Ха р а ICТCp нети ка трехступенчатой
ТОIЮВОй защиты.
154
5-'8. ОЦЕНКА ТОКОВЫХ ОТСЕЧЕК
Токовые отсечки l\'lrHOBeHHoro деЙСТВIIЯ являются СD.7\ЮЙ простоЙ
защИтОЙ. Быстрота их действия в сочетании с ПрОСТОТОlf cxe:\IbI II
06с.lуживашIЯ составляет весьма ва:жное преИl\lущество этих защит.
НедостаТI\:а:\ш lПlOвенноi'I отсеЧКI1 являются: неполIIыl'II охват
зонОЙ деЙствия защищаеl\ЮЙ линии и непостоянство зоны деЙСТВIIЯ
под ВЛИЯНIIС J сопротивлеНIIЙ в i\leCTe повреждения и ИЗl\lсненн:f
режима СИСТСl\lЫ, однако последнее не оказывает сущсствеНIюrо
влияния в мощных энерrосистеыах.
ОтсеЧI{З с выдержкоЙ времени позволяет обеспечить достаточно
быстрое (tз::::::; 0,5 се1\:) отключение повре:ждениЙ на защищаемоЙ
линии. Сочетание отсечек и l'лаксималь:ной заIЦИТЫ позволяет полу
чить трехступенчатую защиту, которая во l\IНОПIХ с.'1УЧ3ЯХ успешно
заl\lеняет более сложные защиты.
r лава шестал
ТРДНСФОРJ\t\АТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И C EMЫ ИХ СОЕДИНЕНИЙ
6-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Для питания защит ИСПОЛЬЗУЮТСЯ однофазные и трехфазные
трансформаторы напря:жения, причеl\.J последние, как правило,
с пятистержнеВЫ;\l маrнитопроводом. По стандарту, ПРИНЯТО;\'IУ
в СССР, траНСфОрl\lаторы напряжения ВЫПО.1НЯЮТСЯ на вторичное
=td
. i
l' /(
о,
.
l'l
t
f
'ftJ
2
С)
............
It 1(
I
i
а)
Рис. 6 1. Cxe:vla вклю-
чения траНСфОр'llзтора
наПРШ!\СНШI.
Рис. 6 2. И:ю(jр(.
жеj-ше ЕСКТОрОБ Ila
ПрЯil\.СIШЯ.
Номинальное наПРЯiкение 100 в незаВИСИl\Ю от ве.1ИЧИНЫ пеРВJlчноrо
напряжения.
Маркировка ВЫВОДОВ обмоток трансфорr-,rатора напряжения
ВЫполняется по тому же правилу , что и траНСфОр:'.1аторов TOI a
(см. 3-4), а именно: если первичный ток направлен из сети к на-
чалу Н первичной обмотки, то за начало 1-l вторичной обмотки при
Нимается тот KOH Ц ее, из KOToporo вторичныЙ ток выходит в на-
rpY3KY (рис. 6-1).
155
Соrласно принятому в СССР стандарту, начала. и КОНЦЫ обмоток
траIiсфорыаторов напряжения обозначаются так же, как и у сило
вых трансформаторов.
Рис. 6 З. Схема питания защиты от
ШИШiOrо трансформатора напряжс
ния.
На основании соображений, изложенных в 3 5, векторы пер.
вичноrо и вторичноrо напряжений' MorYT изображаться либо совпа-
дающими (рис. 6 2, а), либо сдвинутыми на 180) (рис. 6 2, б). В даль-
нейшем будем придерживаться
'lсш первоrо способа.
Для питания защит транс-
Л с . ш
форматоры напряжения MorYT
устанавливаться на шинах элек-
тростанций или подстанции н
питать защиты всех присоедине-
ний (рис. 6-3) или устанавли..
ваться на каждом присоедине-
нии и питать защиту только
этоrо присоединения (рис. 6-4).
Первый способ экономичнее
BToporo, так как требует мень.
ше трансформаторов напряже-
ния. Недостаток первоrо способа
состоит в том, что при пере-
ключении присоединения с одной
системы шин на друrую необ-
ХОДИi\Ю производить переключение питания ero защиты на транс-
форматор напряжения друrой системы шин. Такое переключение
делается автоматически при операциях с разъединителями (рис.
6 5) или вручную переключателями.
6
(
Рис. 6 5. Переrшючение цепей напря-
жения защиты с одноrо трансформа-
тора напряжения на друrой ВСПОI\Ю
rательны:\1И контактами шинных разъ
единителеи.
Рис. 6-4. Схема пита-
ния защиты от линеЙ
Horo траНСфОРl\l3тора
напряжения.
6 2. поrРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
ТраНСфОР!l.IaТОР напряжения работает с поrрешностью, искажаю.
щей вторичное напряжение как по величине, так и по фазе
В «идеальном» трансформаторе напряження, работающеl\1 б з
поrрешностеЙ, вторичное напряжение
. (;1
и2== ' (6-1)
п н
156
rде V 1 напряжение, подведенное к за)кимаl\,1 первичноЙ оБМОТI<И
(rервичное напряж:ение); п н коэффиuиент трансформаuии «иде
8льноrо» траНСфОРI\13тора напряжения, равный отношению числа
ВИТI{ОВ первичноЙ оБМОТJПI к числу БИТКОВ вторичной.
Однако за счет падения напряжения И в первичноЙ и вторичной
обмотках деЙствительное значение вторичноrо напряжения будет
равно:
(/2 == (;1 дИ,
п II
(6 2)
что вытекает из ЭI<виваv1ентноЙ схемы за;:едения траНСфОРI\'1атора
напряжения на рис. 6 6, а.
IJU
. ,
и,
'-
I . ,
! I,
1
. ,
/./,
J
r
ti 2
L
а) б)
Рис. 6 6. Схема замещения (а) и векторная диаrрамма (6)
трансформатора напряжения. Первичный ток, напря
жение и сопротивлеНlIе приведены к числу витков BTO
РИЧНОЙ обмотки.
Из этой же схемы следует, что
'д.И 1;!aMZ + j 2 (z + Z2)' (6 2a)
Таким образом, падение напря)кения в обмотках трансформатора
напряжения !1и обусловливает появление поrрешности, ис ажаю
щей величину и фазу (;2 (рис. 6 6, 6), по сравнению с расчетным
напряжениеl\1 Оl/п и == И' по выражению (6 1).
Для уменьшения поереuu-юстu mраНСфОрJла!nора наnряженuя
[см. формулу (6 2a)] неuбходимо уменыиаmь сопроtпuвленuе 06MO
ток 21 u 22' ток НQ/ttQzнuчuвQНUЯ 1 нам u ток насрузки, Пl. е. вторич
ный ток 12'
Допустимые поrрешности нормируются при номинаЛЬНОJ\1 напря
{Кении, соответственно чему трансформаторы напряжения подраз
деляются на три класса: 0,5; 1 и 3. Один и тот же трансформатор
напряжения может работать в РqЗЛИЧНОМ классе точности в зависи-
Мости от величины ero наrрузки.
Заводы СССР обычно указывают номинальную мощность, под
разумевая под ней l\Iаксимальную наrрузку, которую может питать
трансформатор напряжения в rарантированном классе точности.
При превышении номинальноЙ мощности поrрешности трансфор
матора напряжения выходят за rарантированные пределы. Кроме
Toro, для трансформаторов напряжения указывается максимальная
157
мощность ПО условиям HarpeBa, которая обычно значительно пре
восходит ero номинальную мощность.
Поrрешность по величине вторичноrо напряжения принято
оценивать в процентах:
U 1
U2
U% == u / l1 н . 100.
1 l1 н
(6 3)
Поrрешность по фазе оценивается уr.лом сдвиrа б между векто-
rаl\1И первичноrо и вторичноrо напря)кений (рис. 6 6, 6).
6 3. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
ДЛЯ питания цепей релейной заlI ИТЫ используются междуфаз-
ные напряжения и фазные относительно земли, а также симмет-
ричные составляющие этих напряжений.
Ниже рассматриваются типовые схемы соединений трансфор-
маторов напряжения (ТН) и схемы фильтров, позволяющие полу-
чить указанные напряжения.
а) Схема соединений трансформаторов напряжения в звезду
Схема, приведенная на рис. 6 7, а, предназначена для получе
ния напряжения фаз относительно земли и междуфазных (линейных)
напряжений. Три первичные обмотки трансформатора напряжения
(TH l) соединяются в звезду. Начала каждой обмотки (вывода
А, В, С) присоединяются к соответствующей фазе линии, а концы
Х, У, Z объединяются в общую точку (нейтраль Н 1 ) и заземляются.
При таком включении к каждой первичной обмотке TH l под
водится напряжение фазы линии относительно земли, которое
затем трансформируется во ВТОР'ИЧlJые обмотки. Концы вторичных
обмоток TH l (х, у, z на рис. 6 7, а) также соединяются в звезду,
нейтраль которой Н 2 связывается проводом с нулевой точкой Нз
наrрузки (обмотки реле 1, 2, 3). .
В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка Н 1)
жестко связана с землей и имеет поэтому ее потенциал, анейтраль
наrрузки Н 3 соединена с нейтралью втqричных обмоток Н 2 И всеrда
имеет потеНllиал точки Н 2'
При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне
соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной
стороны:-
Если по каким либо причинам первичная нейтраль ТЫ (H 1 )
окажется раззеl\lленноЙ, как показано на рис. 6 7, 6, то .ее потен
циал станет отличным от потеНllиала земли. .
Из теории электротехники известно [П. 29, 95], что потенциал
изолированной от земли нейтрали, образованной тремя соединен-
ными в звезду о Д и н а к о в ы м и сопротивлениями z (какими
являются сопротивления первичных обмоток Т H 2 на рис. 6 7, б),
158
находится в точке О' (рис. 6 7, в), лежащей на пер с чении медиан
треуrольника линейных напряжений.
. Векторы напряжений фаз относительно этан ТОЧКИ (называемой
нулевой ТОЧkО Й системы линейных напряжениЙ) й А , Ив, ОС, обла
А
В
С
А
8
С
[А
и' t
А
f/2
TII 2
А
х
TH l
rr
11
, ,
а)
8
с
6')
Рис. 6 7. Схема соединений однофазных трансформаторов
напряжения в звезду
а схема звез1l.Ы с заземленной нейтралью первичной обмотки; б
. то же с разземленноЙ нейтралью; в векторная ДИаrрамма.
дают особенностью: при всех режимах и к. з. их rеометрическа я
сумма равна нулю:
. и А + Ив + Ис== о.
(6 4)
Так как И А + Ив + ИС == 3(;0 [Л. 32], то из (6 4) следует,
что фазные напряжения относительно точки О' не tодержат cocтaв
llЯющих нулевой последовательности и этим они отличаются Olп
фазных напряжений по отношению к земле.
. Справедливость выражения (6 4) доказывается следующим образом: фазные
наПРяжения на Т Н -2 (рис. 6 7, 6)
и А === i A Z ; Ив == i B Z ; U t , === j cZ,
159
rде !А' '8, IC токи в первичных обмотках TH 2. а z сопротивление этих об-
моток.
С учетоы этоrо cYM:\la
и А + ин + и с == z (i А 'r j л + f с) .
(6 .1 q)
. Но оскол ку соrласно первому закону Кирхrофа i А + j в + ic == О, то 1\
и А + Ив + И С == О, как это и принято в (БА).
Таки!\! образом, фазные напряжения U А , Ив. U С ТН-2 с незазе ллеННО!lнеi;-
тралыо (рис. б-7, 6) MorYT содержать только те симметричные составляющие, ко-
торые удовлетворяют условию (б-4), т. е. прямую и обратную посжщовате.пЫIOC'fЕ>,
сумма векторов каждоЙ из которых равна нуЛю.
Рис. б-8. Пути замыкания !l1аrнитных по
токов нулевоЙ последовательности в Tpex
фазном пятистержневом трансформзтсре
напряжения.
в нормальном режиме и при всех к. З., не связанных с землеЙ,
И О == О. Поэтому в этих случаях потенциалы точек Нl' у заземлен-
/1 8' С О Horo ТН (т. е. у ТН-l и ТН-2)
Ь c о х,будут одинаковы. При этоы
точка О на векторной ДИ(l-
rpaMivIe будет совпадать с О',
а фазные напряжения обоих
lf Фа т Н окажутся раВНЬЕ\lИ: И-Ф ==
з z == И ф .
При повреждениях с за-
мыканием на землю появляет-
ся И о. Потенциал нейтрали fl 1
незаземленноrо Т Н 2 будет
,;
лежать в точке О', совпадаю-
щей с точкоЙ пересечения Ме-
диан, а точка О, соответст-
вующая потенциалу зазем-
ленной нейтра-пи Т Н -1, будет отстоять от О' на величину вектора со-
В этом случае, как это видно из рис. 6 7, 8, фазные напряжения
относительно земли (точки О)
а,
а
Фа 5
З 2 .
ИА==ИА+U О ; Ип==Uн+(;о; Й с == (;'с +(;0'
Сумма
(; А (; в+И с == 3(;0' а (;А+(;В+(;С==О.
Аналоrичным образом на фазные' напряжения влияет обрьш
или отсутствие нулевоrо провода во вторичной цепи..
При отсутствии связи между Н 2 и Н: З точка H'd становится изо-
лированной нейтралью; как было показано Bbn.ue, сумма напря-
жений на обмотках реле (1, 2 и 3) во всех случаях будет равна
нулю, и, следовательно, на векторной диаrрамме потенциал ТОЧКII
НЗ совпадет с точкой О, если принять для простоты, что п н == 1.
Из Bcero сказанноrо следует очень важный '3ывод, что заземле-
ние неumрали nеР8ичной обмопlКll Т Н и наличие нулевосо провода
80 вторичяой цепи являются обязательным условием для nолученu7/,
фазных напряжениЙ относительно зелtлu.
160
Соединение трансформаторов напряжения по схеме },J А може'!'
выполняться по 6 й и 12 й rруппаrvl. Типовым является соединение
по 12 й rруппе, показанное на рис. 6-7.
Рассмотренная схема соединений мо:жет быть выполнена посред-
ством трех однофазных трансформаторов напряжения или одноrо
трехфазноrо пятистержневоrо трансформатора напряжения. Трех-
фазные трехстерж'невые трансформаторы напряжения не MorYT
применяться для данной схемы, так как в их маrнитопроводе нет
пути для замыкания маrнитных потоков нулевой последователь-
ности Фо, создаваемых током 10 в первичных обмотках при замы-
каниях на землю в сети. В этом случае поток ФО замыкается через
воздух по пути с большим маrнитным сопротивлением. Это приво.
дит К уменьшению сопротивления нулевой последовательности
трансформатора и резкому увеличению тока
намаrничивания 1 нам.. А
Повышенный ток намаrничивания вызы. В
вает недопустимый . HarpeB трансформатора, С
в связи с чем применение трехстержневых
трехфазных трансформаторов недопустимо.
В пятистержневых трансформаторах для
замыкания потоков ФО служат четвертый и
пятый стержни маrнитопровода (рис. 6 8).
.
.
б) Схема соединения обмоток транс-
форматоров напряжения в открытый
треуrольник
и СА
Схема изображена на рис. 6 9. Она выпол-
няется при помощи двух однофазных трансфор.
маторов напряжения, включенных на два меж-
дуфазных напряжения, например и АВ и и ЕС.
Напряжение на зажимах вторичныIx обмоток трансформаторов
напряжения пропорционально ме)J{дуфазным напряжениям, под.
веденным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи
включаются реле. Схема позволяет получать три междуфазных
напряжения: и АВ, и ЕС и и СА.
Рассмотренная схема на первичной и вторичной сторонах
Является схемой незавершенноrо треуrольника (не имеlOщеrо
одной стороны), что и определило ее название.
Рис. 6 9. Схема соеди
нении однофазных
трансформаторов на-
пряжения в открытый
треуrольни к. .
в) Схема соединения обмоток однофазных трансформаторов
напряжения в... фильтр напряжения нулевой последователь
ности
Схема выполняется посредством трех однофазных трансформа-
торов напряжения, как показано на рис. 6.10. Первичные обмотки
соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные соеди-
НЯются п о с л е Д о в а т е л ь н о, образуя незамкнутый треуrоль-
6 н. В. ЧерноБРО808
161
ник. К зажимам разомкнутой вершины треуrольника подсоеди
няются реле. Как следует из схемы, напряжение Ир на зажимах
разомкнутоrо треуrольника будет равно reo
метрической сумме напряжений вторичных
обмоток:
Ир == и а + (/ь + и с .
Выражая вторичные напряжения через
первичные, получаем:
. (;А (;в и с
И р == t- + .
n н n н п н
Так как сумма трех фазных напряжениЙ
равна утроенному напряжению нулевой по
следовательности, то
" (; А + (; в + (; с зu о
О р ==
Следовательно, на зажимах разомкнутосо
Рис. 6 1 О. Схема co mРСУсОЛЬ1illка получается напряжение, пpo
единений однофазных порциональное напряжению нулевой последа-
трансформаторов Ha
пряжения в фильтр вательности.
НС1пряжения нулевой В нормальных условиях напряжения фаз
последовательности. симметричны и равны в сумме нулю. Поэтому
в нормальном режиме Ир == О.
При к. з. без земли сумма фазных напряжений всеrда равна
нулю, ибо в этом случае векторы напряжений не содержат COCTaB
ляющей нулевой последовательности. Поэтому Ha
пряжение Ир и в этом случае также равно нулю.
И только при замыканиях на землю rеометриче-
ская сумма напряжениЙ фаз относитеJIЫЮ земли
не равна нулю за счет появления в них состав-
ляющеЙ И о .
В результате этоrо на зажимах разомкнутоrо
треуrольника появляется остаточное напряжение,
равное Ир == 3И о lп н ,
Напряжения прямой и обратной последователь-
ностей образуют симметричные звезды и поэтому
при суммировании в цепи раЗОМКНУТQrо треуrоль-
ника всеrда дают нуль на ero зажимах.
Таким образом, рассмотренная схема является
фильтром, пропускающим только напряжение ну-
левой последовательности. Ра<;смотренная схема
соединения очень удобна и получила широкое рас-
пространение на практике.
Необходимым условием работы расСJ.юmренной схемы в качестве
фильтра И О является заземление нейтрали первuчной обмотки ТН.
При отсутствии заземления к первичным обмоткам Т Н будут
подводиться, BM€CTO фазных напряжений относительно земли)
-1
А В
'1
и а
а
с
n н
162
n н
1Jr
Рис. 6-11. Т и по..
вая схема со..
единений обмо-
ток однофазных
трехобмото ч-
ных трансформа..
торов напрю:ке"
ния.
фазные напряжения относительно изолированной нейтрали (см.
6 3,a). Эти напряжения не с.одержат и о , и их сумма всеrда равна
нулю. Поэтому при замыканиях на землю напряжение на выходе
схемы будет отсутствовать.
Применяя однофазные трансфорыаторы напряжения с ДВУl\1Я
вторичными обмотками, можно соединить одну вторичную оБI\lОТКУ
по схеме звезды, а вторую разомкнутым треуrольником (рис. 6 11)
и получить, таким образом, от одноrо трансформатора напряжения
три вида напряжений: фазные, междуфазные и нулевой пос.педова.
тельности.
Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначен.
ной для соединения в разомкнутый треуrольник, принимается
рав'ным для сетей с заземленной нейтралью 100 в и для сетей с изо
лированной нейтралью 100/3 в.
r) Схема соединения обмоток трехфазных трансформаторов на-
пряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности
Для получения напряжения нулевой последовательности от трех.
фазноrо пятистержневоrо трансфорыатора (рис. 6 8) ,на каждом
из ero основных стержней 1, 2 и 3 выполняется дополнительная
(третья) обмотка, соединяемая, как и в предыдущем случае, по схеме
разомкнутоrо треуrольника. Напряжение на выводах этой обмотки
появляется, так же как и в предыдущем случае, только при к. з.
на землю, коrда возникают маrнитные потоки нулевой последова.
тельности, замыкающиеся по четвертому и пятому стержням маrни.
топровода .
Схемы с пятистержневым трансформатором, показанные на
рис. 6 8, позволяют получать одновременно с напряжением нулевой
последовательности фазные и междуфазные напряжения.
6.4. ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ И КОН.
ТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ
а) Повреждения в цепях ТН
Во вторичных цепях трансформатора напряжения MorYT возни
кать повреждения (к. з. и обрывы). Короткие замыкания вызывают
опасное увеличение тока в трансформаторе, и поэтому для ero
защиты устанавливаются 'предохранители или автоматы, прерываю.
щие цепь при появлении повышенных токов. Повреждения вторич
IIЫХ цепей, а также их нарушение при переrорании предохрани
телей или действии автоматов искажают величину и фазу втор ич.
Horo напряжения, что приводит К неправильной работе защиты.
Так, например, при к. з. или обрыве фаз вторичной цепи напря.
жение, подводимое к обмоткам реле защиты, снижается или пол.
IIОСТЬЮ исчезает, что воспринимается защитой как к. 3. В сети и
Может явиться причиной ЛО)l{ноrо действия защиты.
6*
163
Пля предупреждения ложных действий предусматриваются спе
Dлзльные устройства (6 л о к и р о в к и), которые реаrируют на
повреждения во вторичных цепях напряжения, подают при этом
сиrнал о неисправности и выводят из .действия (блокируют) защиты,
иоторые MorYT неправильно сработать при повреждении в цепях
напряжения.
Выполнение подобных устройств, полноценно реаrИРУIОЩИХ на
Бсе возможные повреждения, является трудной задачей.
б) Блокирующие устройства, реаrирующие на появление и о
и /0 при повреждениях в цепях напряжения
_ На рис. 6 12 приведены наиболее распространенные устройства ..
этоrо типа. Они реаrируют на появление напряжения и тока нуле
вой последовательности во вторичных цепях трансформатора напря
а)
ZN
Z",
ZH
с
ZN
Рис. 6.12. Схемы сиrнализации обрыва в цепях трансформатора напряжения.
а с 'I'РClнсфОРМClторным фнльтром и о : 6 с фнльтром на актнвных сопротнв",еннях;
(J с фнльтром на KOHД HcaTopax с.
жения. Для этоrо реле J включается на напряжение нулевой после
довательности по одной из схем, приведенных на рис. 6 12.
В нормальных услови ях вторичные
напряжения трансформатора напряже
ния симметричны, поэтому их сумма
равна нулю и напряжение на реле 1
отсутствует. При обрыве одной или двух
фаз цепи напряжения' возникает и о, под
влиянием KOToporo в реле появляется
ток и оно срабатывает, давая сиrнал
и выводя защиту из работы.
Реле 2 может действовать не только
при обрывах, но и при к. з. на землю в
первичной сети; чтобы предотвратить при этом блокирование за.
щиты, ставится реле 10 (рис. 6 13), реаrирующее на появление
'[ока 1 о в первичной сети. При замыканиях на землю в п.ервичной
сети реле 1 () размыкает цепь блокировки своим контактом. В слу
Рис. 6-13. Схема блокировки
эащиты при обрыве цепей
ffрансформатора напряжения.
164
.
чае же повреждения в цепях напряжения и нормальном состоянии
пеРВИЧНQЙ сети реле 10 не действует и разрешает реле 2 блокиро
вать защиту и подать сиrнал о повреждении цепей.
Рассмотренное устРОйСПlво не реасируеПl на одновременный
обрыв всех трех фаз цепи нanряжениЯ 1 на трехфазное К. з. во вторич-
ных цепях и обрыв нулевО20 nровода пюй ;)lCe цепи. Однако вследствие
своей простоты оно получило широкое распространение. Чебоксар-
ский электроаппаратный завод вы- .
пускает устройства подобноrо типа:
КРБ I 1 и КРБ I2.
в) Контроль цепей разомкнутоrо
треyrольника ТН
"-:'
"-:'
Рис. 6.14. Периодический кон...
троль исправности цепи обмотки t
соединенной в фильтр напри...
жения нулевой последователь...
ности.
Контроль исправности цепи BTO
ричной обмотки ТН, соединенной по
схеме фильтра нулевой последова
тельности, производится путем перио.
дическоrо измерения напряжения He
баланса с помощью ВОЛЬThlетра, включземоrо по схеме на рис. 6 14.
При исправной цепи вольтметр показывает напряжение небаланса,
имеющее величину 1 3 в, а при нарушении цепи показания про-
падают.
r) Блокирующее устройство на сравнении напряжений двух
вторичных обмоток УН
Схема с семиобмоточным трансформатором. Более полноценным
по сравнению с предыдущими является устройство контроля,
показанное на рис. 6 15. Оно предназначено для трансформаторов
напряжения с двумя вторичными обмотками Н 1 и Н2, соединенными
по схеме звезды и разомкнутоrо треуrольника. Действие этоrо
устройства ос,",овано на сравнении одноименных фаЗН?IХ напря.
жений обмоток Н 1 и Н2, которые нормально одинаковы по величине
и фазе.
В случае же неисправности во вторичной цепи одной из обмоток
равенство напряжений нарушается, что и служит признаком повре.
ждения, на которое реаrирует устройство. Сравнение напряжений
обмоток Н 1 и Н2 про изводится с помощью мноroобмоточноrо вспо.
моrательноrо трансформатора 1 (рис. 6.15). Ero обмотки А 1 и А2'
8} и 82' С} И С 2 , питаемые напряжением одноименных фаз, имеют
попарно равное число витков и создают встречно направленные
маrнитные ПОТОI{И. Витки обмоток, питающихся от разных фаз,
неодинаковы и подобраны в определенном соотношении: WAl ==
2 1
WA2==W; WВl WВ2 ЗW; WС1==WС2==З W .
Одноименные напряжения контролируемых обмоток Н 1 и Н2
одинаковы, поэтому создаваемые ими маrнитные потоки в транс-
.;'
,.
165
форматоре 1 взаимно уравновешиваются и ток в реле 2 отсут",
ствует .
В случае обрыва одной или двух фаз в цепях обмотки Нl или Н2
равновесие маrнитных потоков соответствующих обмоток транс...
форматора 1 нарушается, появляется остаточный поток, вызываю
щий ток в реле 2, под влиянием KOToporo оно срабатывает.
При одновременном обрыве трех фаз вторичной цепи обмотки Н 1
или Н2 сумма потоков в трансформаторе 1, обусловленных напря
жениями, например и Аl, и Вl и и Сl оставшейся обмотки Н 1, не
будет уравновешиваться вслед
ствие неравеыства витков w Аl,
W В1, WC1' что И вызовет работу
реле 2.
При к. з. В цепях обмотки Н 1
или Н2 балаlIС напряжений на...
с
в
А
о:-
Н2
,
C1l2HUп
и А2 и В2 иС'?, +
. .......
. .
А 2 В 2 С 2
1
А, В, [, ,
. . ...... . .......
и м иВ1 иС1
Рис. 6 15. Схема контроля с помощью семиобмоточноrо
трансформатора.
рушается, но, как показывают анализ и испытания, в ряде случаев
u u
разница напр жении оказывается недостаточнои, в результате
чеrо реле 2 не действует.
На повреждения в первичной сети устройство не отзывается,
поскольку при этом вторичные напряжения обеих обмоток равны.
Как отмечалось, обе схемы (по рис. 6 12 и 6 15) из за недостаточ",
u
нои чувствительности не отзываются на некоторые случаи К. з.
во вторичных цепях напряжения.
в этих случаях обе блокировки приходят в действие, но только после работы
автоматов, установленных во вторичных цепях трансформаторов напряжения для
защиты их от к. 3. Контакты автоматов размыкают поврежденную цепь напря
жения, после чеrо блокирующее устройство реаrирует на ПОЯВИВШИЙСЯ обрыв
цепи и срабатывает. Таким образом, блокировка в этих случаях работает с замеД4
пенисм.
166
Для предотвращения неправильной работы защиты, приходящей в действие
от понижения напряжения, обусловленноrо к. з. в цепях напряжения, необхо.
димо выполнить условие
(t a + tб) < t з .
(6 5)
rде t a , tб и t з вре:\fЯ срабатыв'ания автомата, блокировки и защиты соответ-
ственно.
При быстродействующих защитах условие (6 5) не всerда выполнимо.
В связи с этим разработан новый вариант блокировки защит
при нарушениях в цепях напряжения [л. 92]. ....
Схема с тремя однофазными трансформаторами. Принцип дейст
вия этой блокировки также основан на сравнении напряжений OДHO
.1
.
. . .
-:-
Рис. 6 16. Схема контроля исправноcrи цепей напряжения
с помощью трех однофазных трехоБМОТОЧllЫХ трансформаторов.
именныХ фаз обмоток Т Н, соединенных в звезду и тре..уrольнпК
(ОА1И ОА2, ОВ1И ОВ2' ОС1И ОС2). Новотличиеотсхемына.рис.б 15
. сравнение происходит с помощью трех трансформаторов Т А, Т В
И Т с (рис. 6 1 б). Каждый трансформатор имеет две первичные
обмотки (1 и 2), одна включена на фазу звезды, а друrая на
одноименную фаз у треуrольника. Намаrничивающие силы этиХ
обмоток действуют встречно и взаимно уравновешиваются.
Вторичные обмотки 3 каждоrо трансформатора питают через
выпрямители В реле Р. При обрыве или к. з. В цепях, питающих
. первичные обмотки 1 или 2 Т А, Т 8 или Т с, баланс н. с. COOTBeTCT
вующеrо трансформатора нарушается, в ero вторичной обмотке
появляется ток, который выпрямляется и поступает в реле Р,
вызывая ero деЙствие. Рассмотренная схема обладает высокоЙ
чувствительностью и реаrирует на все виды повреждений во вторич
ных цепях т Н .
167
JI.) Оценка схем
Схемы, реаrирующие на появление составляющих нулевоЙ
последовательности, проще друrих, но они недостаточно COBep
тенны. Эти схемы не действуют при обрыве трех фаз вторичных
цепей Т Н, а также при к. з. В цепях напряжения, не сопровож
дающихся появлеиием и о .
Схемы на балансе напряжений с тремя трехобмоточными TpaHC
форматорами более совершенны, но и более сложны. Их следует
применять для блокировки защит на линиях 220 кв и выше, отклю
чение которых из за ложной работы защиты существенно влияет
a надежность энерrосистемы.
6 5. ЕМКОСТНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
ДЛЯ питания устройства релейной защиты наряду с трансформз
торами напряжения Mory1' также применяться емкостные делители
напряжения. Емкостные делители состоят из нескольких последова
тельно соединенных конденсаторов, включаемых между проводом
фазы и землей (рис. 6-17).
С,и,) '1{Х/}
1 Iс Zp
{/ф t UФ 2
I
l U2G
C Z t1'2) -=- 1.. lс+
о) 6) 6)
Рис. б 17. Емкостные делители напряжения.
а и () с измерением напряжения иа KOHД HcaTope С 2 ; в с измерением заРЯll
иоrо тока. проходящеrо через кондеНСБТОРЫ C 1 JI С 2 .
Имеются два способа использования емкоСТНых делителей для измерения Ha
пряжения.
Первый способ (рис. б 17, а) состоИТ в том, что для питания защиты исполь.
зуется иапряжение и 2 , снимаемое с зажнмов последнеro конденсатора делителя С 2 .
При отсутствии наrрузки Zp напряжение и 2 пропорционально первичному
напряжению U Ф и совпадает с ним по фазе, как это следует из рис. 6 17, а. Дей-
ствительно,
. .. Uф.
и 2 ::::= lС/Х2== . ( + ) /Х2 == kU ф .
/ Х 1 Х2
rде
Х 2
k == == пост.
Хl + Х2
Наrрузка подключается к зажимам конденсатора С 2 через понизительный
ffрансформатор иапряжения 2 (РИС. б-17, "6), так как величина и 2 J].остиrает Ие-
168
СJЮЛЬНИХ киловольт. Присоединение сопротивления наrрузни 2'1) иснажает НаН
величину, так и фазу V 2? что и вызьшает поrрешность измерения. Для уменьшеиия
этой поrрешности предусматривается компенсирующее устройство, состоищее из
реактора 1 и нонденсатора 3.
Соответствующим подбором их параметров и оrраничением величины наrрузни
2р можно с достаточной точностью обеспечить пропорциональность и совпадение
по фазе напряжения и 2 , подводимоrо Н наrрузке Zp' с измеряемым напряжением
U ф . .
Во втором способе (рис. 6-17, в) для измерения напряжения используется
зарядный ток 1 с' проходящий в делителе.
U
Ток 1 С == Ф и, следовательно, пропорционален первичному напря
Х С1 + Х С2
жению. Ко вторичной обмотне трансформатора тока подсоединяется реле. Ток
в реле пропорционален первичному тону I с ,
а следовательно, и первичному наПРf[же
нию U ф .
В качестве емкостных делителей для
отбора напряжения используются спеuиаль-
ные нонденсаторные вводы выключателей и
силовых трансформаторов (рис. 6-18) или
конденсаторы связи, применяемые для под-
}(JJючении Н линии элентропередачи высоко-
Частотных постов связи и защиты.
,
2
с,
Существенным недостатком емко-
стных делителей является относи..
тельно малая мощность и большая,
чем у трансформаторов напряжения,
поrрешность.
Так, например, при отборе напряжения от конденсаторных
вводов (выключателей и трансформаторов) удается получить мощ
ность порядка 15 ва на вводах 110 кв и 35 ва на вводах 220 кв
при поrрешности по величине напряжения порядка + 6%, и по
уrлу + 10.
В случае использования конденсаторов связи удается получить
мощность порядка 100 120 ва (на напряжении 220 кв) при соблю-
дении поrрешности измерения, соответствующей первому классу
точности трансформаторов напряжения. Отечественные заводы
выпускают с использованием конденсаторов связи измерительные
устройства типа HДE 500 дЛЯ сетей 500 кв.
и'Р .....
Рис. 6-18. Отбор напряжения
от нонденсаторноrо ввода ы
ключателя.
I токоведущая часть ввода; 2
оБКJJадка НЗ фОJJьrн.
6-6. ФИЛЬТР НАПРЯЖЕНИЯ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Фильтр напряжения обратной последовательности является
устройством (рис. 6-19), при помощи KOтopOrO можно получить
напряжение и тп, пропорциональное составляющей обратной после..
довательности, содержащейся в напряжении сети:
U тп == kU 2сети'
_ Составляющие прямой и нулевой последовательностей такой
фильтр не пропускают. Поэтому реле, подсоединенное к выходным
зажимам фильтра, реаrирует только на и 2"
169
,
Для упрощения конструкции ФИЛЬТР. .обычно включается на
линейные напряжения, которые не содержат нулевой последова
тельности.
Наибольшее распространение получили фильтры, состоящие
из активных и реактивных сопротивлений., образующих два «плеча»
А и С (рис. 6 19), питающихся напряжениями U АВ и U ЛС-
Сопротивления плеч фильтра (ZAl, ZA2 и ZCl' ZC2) подбираются
с таким расчетом, чтобы при подводе к фильтру напряжений прямой
последовательности напряжение на
ero выходных зажимах было равно
нулю:
U mnl === о.
(6 5a)
т
,
ид
...........
и.
и " "'/п ,
А 1IC
B
п
"
и с
Рассматривая контур тВп (рис.
6 19), леrко убедиться, что дЛЯ BЫ
полнения 'условия (6 5a) напряже
ние и'А должно компенсировать
напряжение и'с или, иначе ro
воря,
..
fJлс'lО А
lCI lC2
ПЛl!'10 С
lA/ lAZ
с
8
А
Рис. б 19. ПРИНlIипиальная схема
фильтра напряжения обратной по
едовательности.
иА === ис.
Существует большое число co
четаний сопротивлений, образую
ших фильтр, удовлетворяющий условиям (б 5) и (6 6).
В схемах защиты, распространенных в СССР, чаще Bcero исподь
зуются фильтры с активным и емкостным сопротивлениями
(рис. 6 20, а).
(6 6)
J
UlJl'
1
...........,
ХА
,
.
ЛлС'lо А
........,.. ,
ХС Ic те
Пле'lО С
с
: 2
&6
l j
6)
а)
Рис. б 20_ Активно емкостный фильтр напряжения обратной последова
тельности.
а схема; б векторнЫе l1иаrраммы напряжений в плечах А и С.
Анализ работы фильтра и выбор ero параметров ведутся с по
мощью векторных диаrрамм при разомкнутой выходной цепи
фильтра.
Векторы падения напряжения в активном и емкостном сопро
тивлениях каждоrо плеча сдвинуты на 900 и равны в сумме напря
жен ию, питающему данное плечо, т. е.
(; А, + (; Ах === (; АВ И (; С, + (; Сх == (; ве-
170
Таким образом, напряжения каждоrо плеча образуют прямо
уrольный треуrольник (рис. 6 20, 6).
Векторная диаrрамма фильтра при питании ero напряжением
прямой последовательности построена на рис. 6 21.
Показав векторы напряжений между зажимами 1, 2 и 2, 3,
строят падения напряжения в плечах (между 1 и 2, 2 и 3) так, чтобы
выполнялись условия (6 5a) и (6..6), для чеrо точки т и n должны
совпадать, как это показано на диаrрамме рис. 6 21. Из получен
ных при этом треуrольников
напряжений плеч А и С еле.. 2
Д :
VЗ
U Ar1 2 V
и--------- == == 3 и
АХl
2
}/ 3
и СХ1 2 V
==T== 3.
Crl .
2
иСАI
(6 7)
J
'47"1
БО О
1
IJ тп
Ах!
Рис. 6 21. Векторная диаrрамма фильтра
при подводе напряжения прямой после
довательности.
Учитывая, что при разом..
кнутых зажимах тn напря..
)кения пропорциональны сопротивлениям, находим соотношения
сопротивлениЙ соответствующих плеч, необходимые для ВЫПО.пне..
ния условия (6..5а), а именно:
r А == V 3 ХА И ХС == V 3 r с.
" Теперь посмотрим, что получится на выходе фильтра с выбран-
ными параметрами, если к ero зажимам 1, 2 и 3 подвести напряже..
ния обраТН9Й после ова..
тел ности и АВ2 и и ВС2.
ДЛЯ этоrо строится вектор-
ная диаrрамма фильтра
(рис. 6 22). На ней ПОI<а..
зываются векторы напря-
жений {) АВ2 И (; ВС2 между
зажимами 1, 2 и 2, 3 и
векторы падений напряже..
ния в аl<ТИВНЫХ и реактив-
ных сопротивлениях плеч.
На основе этоrо постро&
ния находятся точки, соответствующие зажимам т и n. Вектор
напряжения (j тn2 является напряжением на выходе фильтра, по-
являющимся при питании фильтра напряжением обратной после-
довательности, оно равно:
иСА2
п
2
xa
I!.4lJ2 1
Рис. 6 22. Векторная диаrрамма фильтра
при подводе напряжения обратной После-
довательности.
т
(; тn2 == 1,5(; СА2 == 1,5 V 3 (; ф2 еj30 == k(; ф2'
(6..8)
171
rде (; ф2 === О'СА2/1/ 3 составляющая обратной последовательности
фазноrо напряжения. Это означает, что фильтр, изображенный
на рис. 6 20, действительно является фильтром обратной последо.
вательности.
Сопротивление подключаемоrо к фильтру реле Zp подбирается
с расчетом, чтобы отдаваемая фильтром-мощность была максималь.
нои. Для выполнения этоrо Zp должно равняться сопротивлению
фильтра Zф.х.х в режиме, коrда ero выходные зажимы разомкнуты
Zp == Zф. Х. х.
Оптимальные условия отдачи мощности имеют :место, коrда
реактивные сопротивления фильтра и реле равны, но различны
по знаку (см. 3 8).
При трехфазных к. з. и В реЖИ 1е симметричной наrрузки напря.
жение, питающее фильтры, содержит только составляющую прямой
последовательности, и поэтому напряжение на выходе фильтра
в этих случаях равно нулю или, точнее, напряжеНИIО небаланса.
Н а п р я ж е н и е н е б а л а н с а возникает из.за неточности
подбора сопротивлений плеч, а также из за наличия некоторой
несимметрии напряжения, питающеrо фильтр, и при отклонении
частоты этоrо напряжения от номинальноrо значения 50 ец. В послед"
...
нем случае изменится сопротивление конденсаторов ХС и произоидет
...
нарушеНlJе заданных соотношении между ХС и r, включенных
в плечи фильтра.
Если в рассмотренном фильтре переставить местами напряже.
ния и с и U п, то при питании фильтра напряжением обратной
последовательности выходное напряжение U тп будет равно нулю,
...
а при питании ero напряжением прямои последовательности на
зажимах появится напряжение, пропорциональное и 1 . Таким
образом. рассмотренная схема превратится в фильтр ПрЯl\10Й после.
довательности. Этот вывод нетрудно подтвердить, построив вектор..
ные диаrраммы фильтра для указанных случаев.
.
r лава седьмая
ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА
7..1. НЕОБХОДИМОСТЬ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТbI В СЕТЯХ С ДВУСТОРОН-
НИМ ПИТАНИЕМ
.
Н а п р а в л е н н о й называется защита, действующая только
при определенном направлении (знаке) мощности к. 3. Необходи.
мость в применении направленных защит возникает в сетях с дву-
сторонним питанием. Защита в этих сетях должна не только реаrи-
ровать на появление тока к. 3., но для обеспечения селективности
должна также учитывать направление мощности к. з. В защищаемой
172
линии (или, иначе rоворя, фазу тока в линии относительно напря..
жения на шинах).
В с тях С двусторонним питанием (рис. 7 1, а) и кольцевых сетях
(рис. 7 1, б) направление тока и мощности к. з. зависит от места
возникновения повреждения и может иметь два противоположных
значения. Например, как следует И3 рис. 7 1, а, при- к. з. на линии
Л2 в точке Кl через защиту 5 проходит ток 1 КIБ от источника пита..
". ния В К ТОЧI<е к. з.
/KfA J /"'18
SKJI ......... ...... , r ......... ... ... ............... SNII
" ;' J' . 11 5' б' 7' 7
о 02 С?, И Н f Об 07 О
еу.. ......о 1 I о<-- КI 1 I еу... К2 -.о
Лl п/ст2 Л2 f "'J "'" I1krп3 f ЛЗ J\.:J
А ......1к2д .. & . lJ
IqA ... ... J L... '!!!!.
О)
Рис. 7 1. Схемы сети с
двусторонним питанием и
размещение защит в этих
сетях.
{//(А
S"-A!
26
I
,О
Л2
I
а радиаJ1ьные сети; {j
нольц.евые сети; CJ' тоно--
вая направлеииая защита
(стрелиа указывает направ
ление мощиости, при кото--
рой защита действует на OT
КJ1ючение).
6)
При к. з. В точке К 2 на линии Л3 ток 1 К2А, проходящий по
линии Л2 через защиту 5, направлен от источника А и противопол
ж н 1 KIB.
Если принять, что в первом случае 1 Кl (рис. 7 2) отстает от
напряжения U Ш на шинах подстанции 3 на уrол Kl' а мощность
к. 3. (аI<тивная Р и реактивная Q) положительна и напра!3лена от
шиц в линию, ТО во втором случае ток 1 К2 сдвинут на 1800 относи
тельно 1 К!, а соответствующая этому мощность 1<' з. (как это видно
ИЗ рис. 7 2) отриnательна и поэтому направлена из линии к шинам.
Таким образом, направление мощности к. з., проходящей по линии,
характеризует, rде возникло повреждение: на защищаемой линии
I1J1И на друrих присоединениях, отходящих от шин данной подстан
пии.
173
Это обстоятельство используется в направленной защите, кото..
рая по знаку мощности определяет, на каком присоединении BO:i
...
никло повреждение, и деиствует только при К. з. на защищаемом
участке.
Простая токовая защита, не реаrирующая на знак мощности,
действует как при к. з. на защищаемой линии, так и при поврежде
ниях на друrих присоединениях, отходящих от тин подстанции,
питающей защищаемую линию. Поэтому получить селективное
отключение к. з. в сетях с двусторонним питанием с помощью
простой токовой защиты, как правило, невозможно.
/ Пействительно, предположим, что в сети на рис. 7 1, а YCTaHOB
лены максимальные токовые защиты, и рассмотрим деЙствие I{акой
либо из них, например защиты 5'. При к. з. В точке К/ выдержка
времени защиты 5' должна быть
меньше времени действия защит б',
7' и 8', т. е. t 5 , < t 6 " t-;, и t 8 ,.
в случае же к. з. В точке К2 за
щита 5' должна действовать мед
леннее защиты б' (t 5 , > t G ,). Одно..
временное выполнение обоих Tpe
бований невозможно. Выполнение
же только одноrо из двух требова..
ний приведет к неселективной ра..
боте защи ты.
Так, при выполнении первоrо
требования (т. е. при t 5 , < t 6 ",
t f ,' < t 7 " t 5 , < t s ') максимальная
защита 5' будет действовать Hece
лективно при к. з. на линии Л3.
Эту неселе:kтивность можно устранить, заменив максимальную
защиту 5' направленной защитой 5, действующей только при на.. .
правлении мощности к. з. О Т т и н в л и н и ю. В этом случае
защита 5 не будет действовать при к. з. .на Л3 и поэтому второе
требование (t 5 > t 6 ) отпадает. При аналоrичном выполнении всех
'"
остальных защит сети селективное отключение повреждении CTa
новится возможным при выборе выдержек времени защит, действуlO
щих в одном направлении, по ступенчатому принципу.
На основании изложенноrо можно сформулировать следующие
принципы выполнения селективной защиты в сетях с двусторонним
питанием:
1. Защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой
линии и действовать при направлении мощности от шин в ли..
нию.
2. Выдержки времени на защитах,. работающих при одном
надравлении мощности (оттенератора А или reHepaTopa В), должны
соrласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая
по направлению к источнику питания, от тока Koтoporo действуют
рассматриваемые защиты (см. 7.6).
p
'"
I -",'"
-'"
1/(2
Q
Рис. 7 2. Векторная диаrраммз то-
ков и напряжения в месте уста-
новки зашиты 5 (рис. 7 1. а) при
к. 3. В точках Кl и К2.
174
}
2. СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ
ЗАЩИТЫ
Максимальная направленная защита должна реаrировать на
величину тока и направление мощности при к. 3'. ОН J1р еДСТ {lЯ
собой!,>!? СJI М .ЬНУЮ TOKOB LIQ...... ЗflЩИJ..L АQП9.-!!!I
направле ия м.QIJ!l!Qф'!. Схема
защиты, упрощенно пока-занная
для одной фазы (рис. 7 3), co
стоит из трех основных элемен
тов (называемых ин.оrда opra
нами защиты):
TOKoBoro реле 1, реаrирую
щеro на появление к. з. (пуско
вой opraH защиты); реле на..
правления мощности 2, опреде
ляющеrо направление мощности
к. з. (opraH направления), и pe
ле времени 3 (opraH времени).
В качестве р ле направления
мощности MorYT служить элек
тромеханические реле ( 2 12) или реле на полупроводниках
( 2 14, б). Поведение этих реле зависит от знака подведенной к их
зажимам мощности:
I
.
.
!
Рис. 7 3. Упрощенная схема мак и.
мальной направленной защиты (стрел.
ки указывают положительные направ
ления токов).
Sp == Ир! р sin (а <рр),
(7 I)
rде уrол а имеет постоянную величину, равную О, 900 или а; (900 >
> а 1 > О). .
При к. з. на защищаемой линии или на следующих за ней
участках токовые реле и реле направления мощности замыкают
свои контакты и приводят
в действие реле времени.
Через установленную BЫ
держку времени ero KOH
такты замыкаются, пода
вая импульс на от ключе..
ние выключателя. При к. з.
на друrих. присоедi}не
,
ниях, отходящих от данной
подстанции, мощность к. з.
направлена к шинам, по
этому контакты реле мощ
ности размыкаются, не по
зволяя защите действовать
на отключение.
В нормальном режиме при направлении мощности наrрузки от
шин в линию реле направления мощности MorYT замыкать свои
контакты, однако срабатывание защиты в этом случае предотвра
Рис. 7 4. Упрощенная схема максимальной
направленной защиты с блокировкой мини
мальноrо напряжения.
"
175
щается пусковым реле, контакты KOToporo остаются разомкнутыми#
С этой целью пусковые реле отстраиваются от тока наrрузки. В тех
случаях, коrда по условию чувствительности при к. з. токовые
реле не удается отстроить от максимальноЙ наrрузки; применяется
блокировка от реле минимальноrо напряжения. Упрощенная схема
максимальной направленной защиты с блокировкой минимальноrо
напряжения, приведенная
на рис. 7 4, аналоrична
рассмотренной в & 4-6 схеме
максимальной токовой за
щиты.
В сетях с изолирован
., ...
нои неитралью максималь..
иая направленная защита
.....!!.... 1Т 1М устанавливается на двух
r;; n n . одноименных фазах во всей
n ceTl1. В sетях., с r лухоза
IТ 2Т 2М земленнои неитралью за
щита устанаВoJ1ивается на
трех фазах, если же за
щита служит для действия
только при междуфазнь',х
повреждениях, то она ycтa
навливается на двух фа
зах.
Токовые направленные
защиты выполняются как
на постоянном, так и на
переменном оперативном
токе. Двухфазная схема на
переменном оперативном токе прелстаВJIена на рис. 7 5.
Она выполнена с дешунтироваНI}ем катушки отключения,
с токовым реле времени В и промежуточными реле lП и 2П с мощ
НЫМИ переключающими контактами.
При нарушении цепей напряжения одной или двух фаз, питаю-
щих реле направления мощности, защита может при к. з. подей
ствовать неправильно. Поэтому для cI}oeBpel\1eHHOro выявлениЯ
повреждения пепей напряжения необходимо иметь устроЙства,
контролирующие их исправность (СМ. 6-4).
ТТ А
ко Ш,
............
IТ 1М
fЛ
в
а)
о)
6)
А ОС
А Ol
211
е)
Рис. 7 5. Схема ТОКОВОЙ направленной за-
щиты на переменном оперативном токе.
й токовые цепи и пели отключения эащитЫ;
б цепи промежуточиых реле П; б цепи реле
IIремеии В; е uепи иапряжения.
1..3. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
а) Требования к схемам
Реле направления мощности включаются, как правило, на фаз
ный ток и фазное или междуфазное напряжение. Сочетание фаз
тока и напряжения питающих реле, называемое схемой ero вклю-
чения, должно быть таким, чтобы реле прав ильно определяло знак
176
мощности, к. з. при всех воз
мо}кных случаях и видах по
вре}кдений и чтобы к неr.лу
подводилась наибольшая МОЩ
ность Sp.
Мощность S р, как это сле
дует из формулы (7 1), мо}кет
иметь недостаточную для деЙ..
ствия реле величину при к. 3.,
близких к месту установки
реле, за (;чет сни}кения Ha .
пря}кения U р или при неблаrоприятном значении yr ла СРр) пр И
котором sin (а Ч'р) равен или близок к нулю. Отсюда следует,
что, BO первых, реле дол}кно
включаться на такое напря.
жение, которое при близки
к. з. не снижа тся до нуля, и,
BO BТOpЫX, напряжение и ток,
подводимые к реле, дол}кны
подбираться так, чтобы уrол
сдвиrа между ними Q)p в усло
виях к. з. не достиrал значе
ний, при которых мощность
на зажимах реле прибли
жается к нулю.
Следует отметить, что пер
вое требование выполнимо
только при двухфазных и однофазных к. 3., В случае же трехфазноrо
к. 3. все фазные и междуфазные напряжения MorYT сни}каться
до нуля. и
В современных схемах Д8
максимальных направленных
защит применяется включе
};ие реле направления мощ
ности по так называемым
90 rрадусной и иноrда 30 rpa
дусной схемам. Соответствую
ЩИе указанным схемам соче
тания токов и напряжениЙ
приведены в табл. 7 1 приме..
нительно к схеме включения
реле на рис. 7 6.
Названия схем 90.rрадус
ная, 30 rрадусная и т. п. HO
сят условный характер. Схе..
мы именуются по уrлам Q)p между током и напря}кением, подве..
денными к реле в симметричном трехфазном режиме при усло
вии, что токи В фазах совпадают с одноименными фазными напря..
и р, УРН i UplIl
'- v
От mраflСформаmоро8
напря:нсеНIJЯ
Схема включения реле направ.
ления мощности.
А
в
с
Рис. 7 6.
Таблица 7 1
90 rрадусная схема
включени я
30 rрадусная схема
включения
Реле I
/р I
Реле /
/р t Ир
и р
I
1 I A иве 1 [А и АС
11 [в и СА 11 I B иВА
111 le и АВ 111 Ic и СВ
и
ос
и
['о
а}
б)
Рис. 7 7. Векторные диаrраммы токов и
напряжений, подводимых к реле направ
ления мощнос;ти.
а при 90 rрадусноЙ схеме; 6 при 30.rpa
дусной схеме.
177
./
жениями (рис. 7 7). Свойства каждой схемы MorYT быть выявлены
анализом работы реле мощности, включенноrо по той или иной
схеме, при к. 3.
б) 90 rрадусная схема
В качестве примера ниже рассмотрена работа реле направления мощности
типа РБМ 171 с уrлом максимальноЙ чувствительности <rм.ч == зоо, включен-
Horo по 90 rрадусной схеме. Уrол BHYTpeHHero СДвиrа этоrо реле а == 90° + <Рм. ч ==
== 90 30 == 600 (см. 2 12. б).
Момент TaKoro реле М == k Ир/ pcos (<rp + 30).
Анализ ведется rрафическим методом для реле, включенноrо на ток /р:;=: / А
и напряжение Ир == и ВС"
На рис. 7 8 изображена BeK
торная диаrра:\Iма напряжений и
10ка 1 А при трехфаЗIlОМ к. з. на
.....
"-
"
\.
Jд и.
<fp\ ВС
['
Д
l=llr
'Р А
Ммикс
Д8БМ макс
/
+ftft
Рис. 7 8. Векторная Диа
rpaMMa напряжений и тока
фазы А при трехфазном к. 3.
на линии.
Рис. 7 9. Векторная диаrрамма то..
ков и напряжений на зажимах
реле и лииии моментов реле на..
правления мощности М вр == k,
Ир/ р sin (60° <Рр)' Зона положи
тельных моментов заштриховаиа.
линии. Ток / А отстает от напряжении И А на yrOJI <Р к ' определяемый соотноше
нием активноrо и реактивноrо сопротивлений линии от шин ДО точки К. 3. И
влиянием активноrо сопротивления дуrи, возникающей в месте повреждениSf.
Соответственно этому вектор / А имеет Два предельных положения. Одно /А
при К. 3. за чисто реактивным сопротивлением, KorAa <р к == 900, и второе
/'А при К. 3. через llyry в начале линии, KorAa <r g == О.
На основе полученной векторной диаrраммы можно установить, что уrол
СДБиrа между напряжением и током на зажимах реле, т. е. меЖду И Ее и J А'
<Рр == <Рк 90°, а ero предельные значения колеблются в зависимости от <Рк
от О до 900.
По найденным значениям <Рр определяются знак и относительная величина
момента реле. С этой целью строится диаrрамма тока и напр жения на зажимах
реле для paccMoTpeHHoro случая к. 3. (рис. 7 9). На ней относительно вектора
напряжения Ир наносится линия изменения знака момента N 1 N 2 и линия макси
мальноro момента М 1 М 2 дЛЯ llaHHoro типа реле. Проекция тока / А на линию мак-
симальноrо момента, равная / А siп (а <р р ), наrлядно характеризует величину
и знак момента.
При к. 3. В зоне проекция тока J А имеет положиrельный знак, а в случае к. з.
вне зоны отрицательный, так как при этом фаза тока / А меняетси на 180°.
Величина момента 1l0стиrает СБоеrо максимума Ммакс при <Рр == зоо (чему СООТ"
178
ветствует <Рк == 600). При изменении <Рр в сторону уменьшения от зо до 00 MO
мент снижается от Ммакс до 0,86 Ммакс' а при увеличении <Рр ДО 900 момент YMeHb
шаетсЯ до 0,5 Ммакс-
Из приведенных результатов следует, что поведение реле при трехфазных
к. з. в зоне и вне зоны будет правильным и величина мОмента вПОЛНе достаточной
для действия реле.
у казанные выводы MOI'YT быть получены и аналитически путем рассмотрения
значениЙ sin (а <Рр) при указанных выше величинах <Рр'
С точки зрения величины Ир при трехфазных к. з. схема обеспечивает MaK
симально возможное значение напряжения на зажимах реле, поскольку реле пи.
аетсЯ линейным, а не фазным напряжением.
Построив аналоrичным образом диаrраммы для токов и напряжений при ол
нофазных и двухфазных к. з. и определив предельные значения <Рк и <Рр' можнО
проанализировать работу реле при данной схеме включения и для этнх видов пов
реждений.
Подобным анализом можно выяснить наиболее выrодные уrлы BHYTpeHHero
сдвиrа реле а. Так, если положить а == 900, то рассматриваемое реле станет KO
синусным. При включении ero по 90 rpa
ДУСНОЙ схеме линия изменения знака MO
мента N] N 2 расположится nерпендику
лярно вектору 'И р == и ВС' а линия макси.
мальных мОментов будет совпадать с Ир
(рис. 7 10). Из диаrраммы на рис. 7 10
видно, что при <Рк == О момент реле равен
нулю, поэтому косинусные реле не сле.
дует включать по 90 rрадусной схеме.
Исследования показывают, что
,.
90 rрадусная схема оказывается
наиболее выrодной для реле Ha
правления МОIЦности с уrлом а от
30 до 600. Оптимальные условия
имеют место при а == 450.
Теоретический анализ и практический опыт позволяют сделать
следующие общие выводы о включении реле смешанноrо типа
с q>м.ч.== зоо и 450 по 90 rрадусной схеме:
1) Знак момента реле при всех видах к. з. в зоне положителен,
а при повреждениях вне зоны отрицателен.
2) Величина момента М9 в диапазоне возможных изменений
yr ла «рр остается значительной и достаточной для действия реле.
3) Напряжение и р при симметричных к. з.\ имеет максимально
возможное значение, обеспечивающее минимальную величину MepT
вой зоны.
Недостатком 90 rрадусной схемы является возможность непра.
вильной работы однофазных реле мощности при к. з. за силовым
трансформатором с соединением обмоток звезда треуrрльник
[Л. 23]. В случае двухфазноrо к. 3. на стороне звезды через элек-
трическую дуrу с большим сопротивлением может неправиЛЬНО
выбрать направление мощности одно из реле, установленных со
стороны треуrольника. Трехфазные реле мощности в подобных
случаях действуют правильно. Однако сочета-ния опасных условий
настолько редки, что в практике эксплуатации указанный Heдo
статок не проявляется. Поэтому 90 rрадусная схема в настоящее
"
..
+ М, lIP == lJ Ot
/р =1'
А2
м.
'2
Рис. 7-10. Линия моментов реле
аправления мощности М вр ==
== Ир/ р cos <Рр' Зона положитель
ных моментов заштрихована.
179
..
время считается лучшеи и рекомендуется как типовая для реле
направления мощности смешанноrо типа.
Тридцатиrрадусная схема включения может использоваться для
реле косинусноrо типа. Реле, включенные по этой схеме, ведут
себя правиль.но при всех видах к. з. Недостатком ЗО rрадусной ДBYX
фазноЙ схемы является возможность отказа в действии реле при
двухфазных к. з. из за недостаточной величины напряжения.
Ввиду этоrо для двухфазных защит 30 rрадусная схема не приме
няется. В ключенные по зо rрадусноЙ схеме реле направления
мощности MorYT работать неправильно в случае к. з. за трансформа
тором с соединением обмоток звезда треуrольник с тои же CTe
ленью вероятности, что и при 90 rрадусной схеме включе ия.
7 4. ПОВЕДЕНИЕ РЕЛЕ МОЩНОСТИ, ВКЛЮЧЕННЫХ НА ТОК НЕПОВРЕЖ-
ДЕННОЙ ФАЗЫ
а) ТОКИ н непонрежденных фазах
При двухфазных К. з. на линии, питающей наrрузку, в неп
врежденноЙ фазе проходит ток наrрузки 111'
В сетях с rлухозаземленной нейтралью при замыканиях на
землю (двухфазных и однофазных) в неповреждеННhIХ фазах, появ
ляется, кроме тока наrрузки J н, еще некоторая доля тока к. з. I к'
Ее величина определяется расчетом и равна части тока нулевой
последовательности J о, возникающеrо в месте к. з. -
10 T O
:10
Io
.
11( =л о t
T I
c
в ----+
-=-........... ........ ......--=-
Рис. 7 ll. Пути прохождения тока к. 3. В сети с зазем
ленной нейтралью.
, т аким образом, при замыканиях на землю полный ток в непо.
врежденной фазе равен:
I Н. Ф == i 11 + kJ к,
rде k коэффициент, учитывающий долю тока 1 к, замыкающеrося
по неповрежденной фазе (k < 1).
На рис. 7 11 на частном примере показана причина появления
тока I{. з. в неповрежденных фазах. При однофазном замыкании
ток к. З., замыкаясь через место повреждения и землю, притекает
к нулевой точке трансформатора T JJ. Здесь он разветвляется по
всем трем фазам трансформатора T J J и, замыкаясь через о.бмотки
тр нсформатора T J, возвращается к месту повреждения. В приве
180
денном случае токи К. з., замьш:ающиеся через неповре}lщенные
фазы В и С, равны 1/3 тока / к, проходящеrо в месте повреждения,
поэтому k == ] 13 или k/ к=:::/ о.
.........
T I fr' /'1I k 2 1"л , и lн
.......
д
tl Т4=Л 0 It
-ь-
-
II([ lко
Рис. 7.12. Наложение токов повреждений на
токи наrрузки в неповрежденных фазах.
.......
...
........
НШР!lJIfО
При наличии заземленных траНСфОР!\:1аторов с обеих сторон
линии (рис. 7 12) в неповрежденных фазах появляется ток к. з.
k/ к, ответвляющийся в них через нулевые точки трансформаторов
T / и T / /. Этот ток равен k 1 / к1 k Il / кВ.
б) Влияние тока в неПО8режденных фазах на реле
Анализ и опыт показынают, что ток наrрузки / н и составляю
щая тока повреждения k/ к :::::;: k3/ 01 ответв.пяющаяся в неповрежд н
ные фазы, MorYT создать момент на реле, противоположный по знаку
моменту реле поврежденных фаз.
Поэтому __ реле направления мощно
сти, включенные на ток неповрежден
ных фаз, MorYT действовать неправильно.
Например, если при К. з. на линии Л/ /
(рис. 7 13) направление мощности в фа
зах линии Л/ будет соответствовать по
казанному на рисунке, то реле направ
J1ения мощности, установленные на He
поврежденных фазах В и С линии Л/,
замкнут свои контакты и разрешат за
щите отключить неповрежденную линию.
Трехфа но реле мощности под действием элементов, питающихся
током неповрежденных фаз, -может также работать неправильно.
Результирующий момент этоrо реле: ..
Мр == М А + Мn+Мс.
Если при повреждении на одной фазе А (рис. 7 13) МО:\1енты
МВ и МС ОТ токов неповрежденных фаз будут противоположны
моменту М А и превзойдут ero в сумме (lv1 n + lv1 c ) > Iv1 A , то реле
на линии Л/подействуют непраВИJ1ЬНО.
Л/
С
В
А
ли
..........
...........
.........
к 1..
Рис. 7.J3. Направление TO
ков в поВреЖденных и НеПО
врежденных фазах. При К. з.
Возможно иеправильное Дей
ствие направленной защиты
линии Л 1 ПОД влиянием Tcr
ков наrрузки.
8) Пофазный пуск
Неправильное действие реле мощности неповрежденных фаз
предотвращается применением пофазноrо пуска. Принцип пофаз
Horo пуска состоит в том, Что пусковые реле разрешают замыкать
181
пепь на отключение только реле мощности, включеннЫМ на токи
поврежденных фаз.
В сх<!мах с однофазными реле мощности пофазный пуск принято
ВЫПОЛНЯТli подачей О:Iеративноrо тока к реле мощности от nycKoвoro
реле, включенноrо на тот же ток (рис. 7-14).
А
8
С
А 8 С
А
8
С
11
Рис. 7 14. Схема максимальной направленной за
щиты с rlОфазным пуском при однофазных реле
направления мощности.
в защитах с трехфазными реле мощности п<У.разный пуск осу-
ществляется подводом напряжения к элементаI\I реле мощности
через контакты пусковых реле (рис. 7 15). В момент К. з. пусковое
/J,
в
с
и А
ив
ие
Рис. 7 15. Схема максимальной направленной защиты
с пофазным пуском при трехфазном реле направления
мощности.
А В С
реле, включенное на ток неповрежденной фазы, не действует, по-
этому включенныЙ на этот же ток элемент мощности не получаеr
напряжения и не участвует в создании момента на оси реле. Такой
182
способ пофазноrо пуска может применяться и в схемах с однофаз
ными реле. При пофазном пуске пусковые реле неповрежденных'
фаз не должны действовать; для этоrо их ток срабатывания отстраи
вается от токов, возникающих в неповрежденных фазах при К. з.,
т. е. Ic.p > I н . ф .
В сети с rлухозаземленной нулевой точкой при к. з. на землю
ток 1 Н. ф может оказаться значительным за счет большой величины
тока повреждения kI к. Это приводит К необходимости заrрубления
защиты.
7 5. БЛОКИРОВКА МАКСИМАЛЬНОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ЗА
МЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
Для отключения однофазных к. 3. qбычно применяются защиты,
реаrирующие на токи и напряжения нулевой последовательности.
Поэтому максимальная направленная защита, включаемая на фаз
ные токи, часто используется только в качестве защиты от между.
фазных замыканий. В связи с этим при к. з. на землю защита бло.
кируется (т. е. автоматически выводится из действия) посредством
]А
тв
МВ
+
в
а)
М А МВ мс
[flП
С
б) .
/(0
11
Рис. 7 16. Развернута и схема максимальной направленной защиты с блокиров.
КОЙ при замыкании на землю.
а цепи тока;" 6 цепи иапряжения;е цепи постоянноrо тока; Т пусковые токовые
реле; Т о блокирующее токовое реле; М реле направлення мощности; В реЛе
времени; .v сиrнальное реле; КО отключающая катушка и Б К блокировочный
контакт ВЫКJ1ючателя.
TOKoBoro реле то. Реле Т о включается в нулевой провод трансфор
маторов тока, соединенных в звезду, и при замыканиях на землю
срабатывает и снимает плюс с защиты, лишая ее возможности дей.
ствовать на отключение (рис. 7 16).
Пофазный пуск в таких схемах сохраняется для исключения
из работы реле мощности неповрежденной фазы при двухфазных
к. з. При наличии блокировки при замыканиях на землю ток сра-
батывания пусковыIx реле выбирается из условия отстройки от тока
наrрузки 1 ю проходящеrо в неповрежденной фазе во время двух.
фазных К. з. Необх.одимость в учете тока повреждения отпадает,
блаrодаря чему повышается чувствительность защиты и упрощается
выбор тока срабатывания пусковых реле.
183
7 6. ВЫБОР УСТДВОК ЗАЩИТЫ
а) ТОК срабатывания пусковых реле
Для предотвращения неправильной работы защиты ток срабаты
вания пусковых реле необходимо отстроить оттоков наrрузки с уче
том самозапуска двиrателей в послеаварийном режиме (т. е. после
отключения внешнеro к. з.) и ОТ токов повреждеНИЯ t возникающих
в неповрежденных фазах при к. з. на землю в сети с rлухозаземлен"
ной нейтралью.
Выбор .тока срабатывания I с . з поп е р в о м у у с л о в и ю
производится так же, как и для максимальной защиты, на основе
соображений, изложенных в 4 5, по формуле
J k,ншkзl н. макс
С.В k .
воз
(7..2)
Максимальное значение тока / н. макс следует определять исходя
из наиболее тяжелых, но возможных в эксплуатации режимов.
В кольцевых сетях и радиальных с двусторонним питанием
(рис. 7..-С а и б) максимальные наrрузки на линиях возникают
при размыкании сети. Например, в случае отключения линии Л З
в сети, показанной на рис. 7..1, б, ток наrрузки на линии Л 1 дости..
raeT максимальноrо значения.
Для повышения чувствительности защиты в отдельных случаях'
можно не считаться с максимальноЙ наrРУЗКОЙ t направленной
к шинам подстанции, так как при этом реле мощности не позволяет
защите действовать на отключение. Однако при этом нужно учиты..
вать возможность неправильноrо действия защиты при нарушении
ее цепи напряжения.
В этом случае фазы напряжений, подводимых к защите, иска..
жаются и поэтому реле мощности может замкнуть свои контакты,
разрешая подействовать защите при направлении мощности к шинам
подстанции.
П о в т о р о м у у с л о в и ю ток срабатывания защиты
нахоДИТСЯ по выражению
/ С. в == k H / н. ф,
(7..3)
rде / н.ф == / R + k/}{ ( 7 4), а коэффициент надежности k H в зави..
симости от точности оценки величины / Н.Ф принимается равным
1 , 15 1 t3.
За окончательное значение / с. з принимается большая величина,
, полученная по выражениям (7..2) и (7.3).
Для защит в сети с малым током замыкания на землю (rде
/н.ф == /н) и для защит в сети с rлухозаземленной нейтралью,
блокируемых при замыканиях на землю, ток срабатывания ПУСКV"
вых реле выбирается только по первому условию, т. е. по формуле
(7 2).
Для обеспечения селеКtпuвносtпu чувствительность заЩИtп, дей..
СlпвУlОlЦUX в одном направлении, необходимо соеласовываmь maK
184
чтобы токи срабатывания нарастали при обходе защит против
направления их действия.
Такое cor ласование предотвращает неселективную работу за
щиты при TOI<ax к. 3., близких по своему значению к токам срабаты
вания защит. Сказанное иллюстрируется рис. 7 1, б. При к. з.
вблизи питающих шин в точке К 1 соотношение токов к. 3. / КА И
/ кв обратно пропорционально сопротивлениям Z/O и z;o, т. е.
J КА zKl
J КВ zKl .
Чем ближе точка К 1 к шинам питающей подстанции, тем меньше
ток / КА. .
Если ток / КА Оl<ажется меньше / С.З 6 защиты 6, то последняя не
будет действовать до тех пор, пока линия не отключится со стороны
питающей подстанц и защитой 7. После этоrо ток / КА возрастет
и защита 6 придет в действие. Такое поочередное отключение
линии сначала с одноrо, -а потом с друrоrо конца называется к а с
I{ а Д н ы м.
В случае несоrласованности защит по чувствительности, напри
мер, если защита 4 чувствительнее защиты 6, а ток к. з. / КА < / С.Эв,
1-10 больше / с,з4, защита 4 сработает неселективно, раньше чем
произойдет отключение линии Л З со стороны питающей подстанции,
и подстанция 1/1 лишится напряжения.
Таким образом, Б показанной на рис. 7 1, б сети токи срабаты--
вания защит должны удовлетворять условию
J с . з6 < /С.З4 < /С.З2 < lс.ЗI, (7 4)
а для защит, действующих при обратном направлении мощности,
J с.за < / С.Э5 < / с.з7 < / с.зl. (7 5)
Разница в величине тока срабатывания двух смежных защит
обычно принимается около 10%.
В схемах с блокировкой по напряжению напряжение срабаты"
вания реле минимальноrо напряжения выбирается по (4..15).
Чувствительность пусковых реле при к. 3., ПpQверяется, так ж:е
как и чувствительность максимальной защиты, по (4..6).
б) Выдержка времени защиты
Выдержка времени выбирается из условия селективности.
Для этой цели соrласуются выдержки времени защит, действующих
в одном и том же направлении, которые по этому признаку делятся
на две rpynnbI (рис. 7..17):
1) защиты Аl' Аз, А б И А 7 , действующие при напра лении мощ"
ности к. з. по стрелке А. (от источника А);
2)- защиты Б 2 ,_ Е 4 , Ев и Ев, действующие при обратном направле..
нии мощности К. 3. (от источника Е).
185
Их выдер}кки времени дол}кны удовлетворять условиям (7 I)
и (7 2). В соответствии с этими условиями необходимо обеспечить:
1 А7 < t А5 < t Аз < t Аl И
t Б2 < t Б4 < t Б6 < t Бs .
Обозначая через I1t ступень времени между двумя смежными
защитами, покажем rрафически cor ласование времени действия
защит (рис. 7 17).
Рассматривая диаrрамму выдер}кек времени на рис. 7 17, мо}кно .
з.аметить, что направленность действия требуется не для всех защит_
Например, выдер}кка времени защиты Аз больше, чем защиты Е 2 ;
следовательно, селеКТI:fВНОСТЬ защиты .А з при направлении мощ"
ности к. з. К шинам мо}кет быть обеспечена без opraHa направления.
То }ке самое относится
и к защите Е6. Отсюда
вытекает общее правило,
что opraH направлени я
дод}кен устанавливаться
на тех защитах, у KOTO
рых при направлении
мощности к. з. К шинам
нельзя обеспечить ce
лективность посредством
выдер}кки времени. В тех
?ке случаях, коrда при
направлении мощности
К. з. К шинам селектив.
ность удается обеспечить при помощи выдер}кки времени, мо}кно
применять маl(СИl\13ЛЬНУЮ токовую защиту. Для выяснения,
в каких именно точках сети мо}кно установить ненаправленные
защиты, ну}кно сначала выбрать выдер}кки времени по встречно
ступенчатому принципу.
Защита дол}кна соrлйсовываться по времени не только с защи
тами, установленными на транзитных линиях кольцевой или ра.
диальной сети, но также с защитами друrих присоединений, OTXO
дящих от шин противополо}кной подстанции. Так, например,
защита 4 на рис. 7.1, 6 дол}кна иметь выдер}кку времени, cor ласован
ную с защитой б и защитой 8. Выдер}кка времени t.t выбирается
на ступень выше той защиты, у которой время действия больше.
Если 18 > 16' то t 4 == t 8 + I1t.
А...............
e1 t ..б.оt Дt
7 /(, 1/( , 1 /( 2
t
б. б
1
/(J
Рис. 7 17. Ступенчатый принцип выбора BЫ
держки времени.
'"
1..1. МЕРТВАЯ ЗОНА
Выше указывалось на возможность отказа в действии реле мощ
ности при к. з. вблизи места установки защиты вследствие HeДOCTa
точной величины напря}кения (рис. 7-18). Участок линии т при
К. з. в пределах KOnWPOZO реле м'ощности не работает из-за тою,
186
что мощность НД е20 зажuм.ах оказывается меньше мощности cpa
6атыванuя;, называется м е р т в о й з о н о й.
Для характеристики чувствительности защиты важно знать
протяженность мертвой зоны т. Подсчет мертвой зоны ведется
для металлическоrо трехфаз
Horo к. з. на rранице мерт..
вой зоны в точке М) rде МQЩ
ность на зажимах реле Sp ===
== Sc.p. Зная выражение и
величину S с. Р И вычислив ток
в реле /р (для упрощения
этот ток заменяется током
при к. з. В начале линии),
:можно определить наимень
шее значение и р) необходи
мое для срабатывания реле
(т. е. найти и с.р при заданном
S С. р И вычисленном / р) . По
найденному и с. р определяет
ся расстояние т (рис. 7 18).
Рассмотрим в качестве примера порядок вычисления мертвой зоны для реле
мощности, ИJ\Iеющеrо:
м
r
т
..!
М,
--
N
I
I
I
Рис. 7 18. «Мертвая зона» реле направ
ления мощности.
Sc.p == и р / р sin (а СРр).
(7 б)
При к. з. на rранице мертвой зоны в точке М (рис. 7 18)
Sc.p
U ===и == -
р с. р / р sin (а СРр)
(7 7)
Для вычисления и с . р
а) определяют Sc.p, пользуясь лабораторными испытаниями или заводски!\ш
данными; .
б) вы'lИСЛЯЮТ ТОК В реле при трехфазном к. з. в самом начале линии (точка N),
Tor Jla ...
р8 !
/ KN _
p nт '
в) вычисляют sin (а СРр), для чеrо Сl!.ачала нахоДят <Рк == arctg (xylr y »)
эдесь Ху и r у удельные сопротивления даннои линии; зная СРк и схему включения
реле, можно найти СРр' например: для 9О rрадусной схемы СРр == <Рк 90; зная уrол
внутрениеrо сдвиrа а, можно найти sin (а СРр);
r) nодставляют в выражение (7 7) Sc.p, Ip и sin (а СРр) и находят и с . р .
После этоrо вычисляют первичное фазное напряжение U ф1J необходимое
для срабатывания реле.
Если реле включено на фазное напряжение, то U фl == U с. рп н , rде п н коэ
фициент трансформации трансформатора напряжения.
При включеНии на линейное напряжение U Ф1 == Uс.р/УЗ.
Определяют величину сопротивления Zm участка т, в котором Пa.D.eние Ha
пряжения от тока I KN равно U Фl:
U ф 1.
Zm ==
/kN-
187
Определяют длину мертвой зоны т == Zm/Zy (км), rде Zy удельное сопро-
тивление 1 км линии:
.
z ==... ,r х:! + r
у у у У.
Мертвая зона является недостатком защиты. Однако опыт
эксплуатации показывает, что в случае применения чувствительных
реле отказ последних из за мертвой зоны крайне редок вследствие
малоrо значения т.
7-8. TOI\OBbIE НАПРАВЛЕННЫЕ ОТСЕЧКИ
Токовые направленные отсечки основаны на том же принципе,
что и токовые ненаправленные отсечки (см. rл. 5).
Реле направления мощности в схеме отсечки не позволяет ей
действовать при мощности к. з., направленной к шинам. Следова-
тельно, отстройка то!<а сраб<!! !ВJ .Н!!:Я надравленной отсечки ведется
только от ТОКОВ к. з., направленных от шин подстанции. В Э'fом
заключается принципиальное отличие направленной отсеo.lКИ от
ненаправленной.
Направленная отсечка применяется в сети с двусторонним
питанием, коrда токовая отсечка оказывается слишком rрубой
из за необходимости отстройки ее от тока к. з., притекающеrо
с ПРОТИВОIJоложноrо конца защищаемой линии к шинам подстан-
ции, [де установлена отсечка.
Ток срабатывания у направленной отсечки меньше, чем у нена-
правленной; поэтому зона действиЯ у первой отсечки значительно
больше, чем у второй. .
Вследствие наличия мертвой зоны у реле мощности направлеН4
ная отсечка должна применяться только в тех случаях, коrда Пр04
стая отсечка не удовлетворяет условию чувствительности. Схема
мrновенной направленной отсечки отличается от схемы направлен..
ных токовых защит (рис. 7 4) только отсутствием реле времени.
Направленные отсечки выполняются мrновенными и с выдер>К4
кой времени. Выбор ТОК8 срабатывания производится, как и у про..
стой токовой' отсечки, по выражению (5 2) (см. 5 5) с тем От..тIичием,
что направленную отсечку не требуется отстраивать от К. з. за
шинами данной подстанции, так как в этом случае мощность напраВ4
лена к шинам и отсечка блокируется реле мощности. Направленные
отсечки реаrируют на токи качаний. Поэтому их следует отстраивать
от токов при качаниях, как это было показано в 5-5, или снабжать
блокировкой от качаний, если отстройка от токов качания вызывает
недопустимое заrрубление отсечки.
В ряде случаев оказывается возможным применять трехступен..
чатые направленные защиты, состоящие из мrновенной отсе ки,
отсечки с выдержкой времени и чувствительной токовой защитЫ.
Применение ступенчатой токовой направленной защиты следует
рекомендовать во всех случаях, коrда она удовлетворяет требова-
ниям чувствительности и быстродействия.
188 .
7 9. КРАТКАЯ ОЦЕНКА ТОКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ
ПРИНllИП действия токовых направленных защит прост и наде-
жен и позволяет обеспечить селективную защиту сетей с ДВУСТОрОНе '
ним питанием. Сочетание наПРRвленных отсечек с направленной
токовой защитой дает возможность получить защиту, во мноrих
случаях обеспечивающую достаточную быстроту отключения К. з.
и чувствительность. Опыт эксплуатации показывает, что направ
ленная заЩита работает надежно.
......
К HeJJ!OcTaTKaM защиты следует отнести:
1) большие выдержки времени,. особенно вблизи источников
питания;
2) недостаточную чувствительность в сетях с большими
наrрузками и небольшими относительно их кратностями тока
к. 3.;
3) мертвую зону при трехфазных к. з.;
4) возможность неправильноrо выбора напр вления при Ha
рушении цеПJ1 напряжения, питающей реле направления мощ
ности. .
Максимальная направленная защита широко применяется в Ka
честве основной защиты сетей напряжением до 35 кв с двусторонним
питанием.
В сетях 110 и 220 кв направленная токовая защита применяется
в основном как резервная, а и ноrда, в сочетании с отсечкой, как
основная.
r лйва восьмая.
ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С БОЛЬШИМ
ТОКОМ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
S I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для защиты линий от к. з. на землю (однофазных и двухфазных)
применяется защита, реаrирующая на ток и мощность нулевой
последовательности. Необхрдимость специальной защиты от к. з.
на землю вызывается тем, что этот вид повреждений является
преобладающим, а защита, включаемая на ток и напряжение
нулевой ПQследовательности, осуществляется более просто и имеет
ряд преимуществ' по сравнению с рассмотренной "выше токовой
защитой, реаrирующей на полные токи фаз. I Защиты нулевой после
довательности выполняются в виде токовых" максимальных защит
\,
и отсечек как простых, так и направленных.
Напомним некоторые положения, касающиеся токов и напряжений нулевой
ПОС)Jедовательности, возникающих в сети при к. 3. на землю (подробнее см. LЛ. 29,
32]): .
189
1. Ток и напряжение нулевоЙ последовательности в какоЙ либо точке сети
равны:
.1- .
10 ==: 3" (1 А + 1 в + 1 с);
. 1. . .
И О === 3 (И А + Ив + И с ),
(8 1)
(8 1 а)
rде i А' i в' i c ' (; А' (; в' (;с фазные токи и напряжения в той точке сети, в KO
торой определяются (;0 й io-
Из этих выражений следует., что если rеометрическая cYJ\ll\Ia фазных токов
или фазных напряжений равна нулю, то 10 и и о также равны нулю. Поэтому
в нормальном режиме при качаниях и -к. з. между фазами 10 и и о отсутствуют и
возникают только при замыканиях на. земл.ю или неполнофазных режима.х 1 t
коrДа нарушается симметрия фазных токов и напряжений сети.
j. 'с =0
'о ,
I
lJC/f .........
10=0 -= 10
.........
lJ 8/( 'о
M
==J3l
.......... о
а) 6)
Рис. 8 1. Однофазное к. з. в сети (а). и прохождение 'IO
ков. 10 под действием и ок (6).
(; АК === (; А] + (; А2 + (; Ао; (; ВК === (; Вl + (; В2 + (; Во; U СК==
=== и С ] + и с2 +и со ; U Ао ==и во == и со === и ок ,
2. Пользуясь выражениями (8 1) и (8 1 а), установим связь между составляю
щими нулевой последовательнОСТИ и полными фазными токами и напряжениями
при однофазном к. з.
Например, при . з. H фаз АlpИС. fЗ l, а и 3 12, в) токи в м е с т е п о в р е
ж Д е н и я равны: 1 А == J(\; .1 В == о; Iс === о. Подставив эти значения токов в
(8 A), найдем:
. 1 1"
10 == 3" l А == з 1к ,
откуда I к == 3/0'
(8 2)
Напряжение поврежденной фазы в месте к. з. (точка К) U АК === О. так как
эта фаза связана с землей. С учетом этоrо из (8.1а) получим:
. 1. .
И О == 3 (ИВ + ИС>.
(8 З)
Таким образом, из скuзан.ноzо следует что при однофазном 1<. 3. "ток нулевой
последовательности равен 1f 3 тока К. 3. nроходящеzо в месте nовреждения и сов.
падает с ним па фазе а напряжение и ок в точке к. 3. равно 1/3 ееометрическай
суммы напряжений неnаврежденных фаз. Векторные диаrраммы токов и напряже
ний при однофазном к. з. приводятся на рис. 8 9.
1 Неполнофазным режимОм называется такой режим, при котором на одном
из участков сети отключены или оборваны одна или Две фазы.
)90
3.. Для анализа работы защит нулевой последовательности и расчета токов
к. з. необходимо определять распределение (пути прохождения) TOKOB&tt нулевой
последоваrельности в конкретных схемах сети.
Из теории симметричных составляющих известно, что распределение токов
нулевой последовательности мож т рассматриваться независимо от токов прямой
и обратной последовательностей.
/ 7;
,
,:
;1' J Sl;
°t :
.
-=- З/ -= IIoIt 3/ -=-
........... ........ ..
-
А7 в
......
....... ....... 'н
..... .......
е) I II l/Ol{ fJJo
Jlo И О
... ..
....
-=- ........ .... ..... ...... ....................... --............ "':""
/o
/o
/o
и)
-;- ::.=.=.......... -=-
3/0
10
С)
б')
/''0
Рис. 8 2. Распр еление токов нулевой последователь-
ности при однофазном к. з.
а ПрИ заземлении нейтрали с ОДНОЙ стороны линни; 6
при заземленных нейтраЛях с обеих сторои лннин: в при
заземлении нейтралей в сети Бысшеrо и ннзшеrо иапряже-
НИЯ; 2 при К. З. Б сети С автотрансформатором.
........
Источником появления токов нулевой последовательности можно считать
напряжение U ОК . появляющееся на каждой фазе в месте к. з. (точка К на рис. 8-1, а
и 6). Под влиянием этоrо напряжения в каждой фазе возникают токи 10. Они за
мыкаются по контуру фаза земля через место повреждения и заземленные ней
['рали.
Так как неповрежденные фазы не связаны с точкой повреждения непосред
ственно, то для образования контура циркуляции токов 10 необходимо предста-
вить, что в месте замыкания на землю имеется условное соединеиие между всеми
фазами (покаэанное На рис. B J! 6 пунктиром). Топ а в месте замыкания на землю
191
проходит ток, равный сумме токов нулевой последовательности 10 всех трех фаз,
который и является действительным током повреждеиия: I к == 3/0' Этотток на.
правляется через землю к заземленным нейтралям трансформаторов и через них
возвращается в фазы сети.
Таким 06разом. при замыканиях на землю появление токов 10 возможНо только
в сети, еде имеются трансформаторы с заземленными нейтралями.
При нескольких заземленных нейтралях ток нулевой последовательности,
возникший в месте повреждения, разветвляется между нейтраля:vш обратно про.
порционально сопротнвлениям нх ветвей.
На рнс. 8.2 по казаны некоторые характерные случаи распределеиня токов
нулевой последовательнОСТИ в схемах сети. Направление токов, нроходящнх
к месту к. з., принято положительное.
Если заземлена нуле!lая точка TpaHC
форматора только С одной стороны линии
электропередачи (рис. 8 2, а), то при за
мыкании на землю на этой линни токн
нулевой последовательнОСТИ проходят
только на участке между местом пов pe
ждения и заземленноЙ нулевой точкой.
Если же заземлены нулевые тОЧКН
трансформаторов с двух crOpOH paCCMaT
ривасмоrо участка (рис. &2, 6), то токи
нулевой последовательности проходят по
нему с обеих сторон от места к. з.
Это позволяет сделать вывод, что
Р,аспределение токов нулевой последова
тельности в сети определяется располо
жением. не reHepaTopoB, а заземленНЫХ
нейтралеЙ.
Iр к{IО(р.к)} Если трансформатор нмеет соедине
ние обмоток звезда треrrольНик, то за
мыкание на землЮ на стороне треУ20ЛЬ
ника не вызывает moков нулевой последо.
ваmеЛЬНОСfJlи на стороне звезды. Поэтому
защнты, уcrановленные в сети звезды, не
действуют при замыканни на землю в
сетн треуrольника.
ЕСЛlJ же сети разлнчных напряже
ний связаны трансформатором, нмеющиМ
соединение обмоток звезда звезда, с за
I земленными нулевыми точками обеих 06-
моток (рис. 8 2, в), то замыкание на землю в сети одной звезды вызывает появ.
ление токов нулевой последовательноcrи в сети второй звезды. Для устранения
этой связн необходимо разземлить нейтраль одной нз обмоток трансформатора т Н'
При наличии автотрансформатора А Тв' связывающеео сети двух напряже
ний (рнс. 8 2, 2), замы1ние на землю в сети одН020 напряжения вызывает nоявле.
ние токов нул('вой последовательности в сети друеоео напряжения, так же как н
в схеме на рис. 8 2, в.
4. Из схемыl замещеннЯ нулевой последовательности,' приведенной на
рис. 8 3. 6, следует, что напряженне U О в какоЙ либо точке сетн, например в точке
Р, Bcerna меньше напряжения U ОК в точке к. з. К на величнну падення напряже
ння в сопротнвленни хо (K p. между точками К иР, т. е.
U OP == (;oК joXO(K P)'
е
р
;
н/ I
I
-=- I
I
I
'р
f
а)
б)
t и(So)
U{)It
6)
11 0 o::ffl)
Рис. 8.3.
иок
а ..L.. однофазное К. з.: 6 схема заме
щсния иулсвой последовательиости;
в зависимость и о :=; t (lp K) и uф== .
== f (lp K)'
(8 Ф 4)
Таким образом, чем дальше отстоит точка Р от места повреждення К, тем
меньше иапр яжение U оР'
в месте заземленных нейтралей трансформаторов (точка Н) напряжение
U оН :;:;; О, таК как точка Н непосредственно связана с землей. ЗависнмОСТЬ и ор=:;;
192
== f l(K P) имеет линейный характер и представлена на р.ис. 8 3, 8. Для сравнения
на рис. 8.3 показано изменение напряжения поврежденной фазы и А в зависимо
сти от расстояния до точки К. Учитывая, что в точке Н напряжение ион равно
нулю, напряжение и о в точке Р можно определять как падение lIапряжения от
точки Н до точки Р в сопротивлении Xo(H P) по выражению
и ОР == 1 оХо (H P). (8 4a)
8 2. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬ..
НОСТИ
.
а) СхеМа и принци" деиствия защиты
Защита (рис. 8.4) состоит ИЗ ПУСКОБоrо peile 1 и реле времени 2.
Реле 1 включается на фильтр тока нулевой последовательности,
в качестве KOTOpOrO обычно используется нулевой провод трансфор
маторов тока, соединенных по схеме полной звезды. Ре.пе времени 2
создаеТ выдержку времени,
необходимую по условию ce
лективности.
Ток в реле 1 равен сумме 3
вторичных токов трех фаз;
пренебреrая поrрешностью J J
трансформаторов тока, полу
чаем:
n т .
Н!
/p==ia+ib+ic==
;А + i n + ic 3/ о
(8.46)
Cor ласно (8 4б) и 3 6, б
ток в пусковом реле заI! ИТЫ
появляется только в том слу..
чае, коrда имеется ток /0. Поэтому защита нулевой последовате.пь..
ности, показанная на рис. 8.4, может работать только при одно..
фазных и двухфазных к. з. на землю.
При междуфазных к. з. (без «земли»), а также при наrрузке и
качаниях защита нулевой последовательности не действует, по..
скольку в этих режимах сумма токов j А + i п + i с == О и ток 10
отсутствуют .
Важным преимуществом защиты нулевой последовательности
является то, что она не реаrирует на наrрузку. Блаrодаря этому
ее не требуется отстраивать от токов нормальноrо режима и пере..
rрузок, что позволяет обеспечить высокую чувствительность этоЙ
защиты по сравнению с защитами, реаrирующими на фазные токи.
Однако в действительности работа защиты осложняется поrреш..
ностью трансформаторов тока, обусловленной их током намаrничи"
вания (см. 3 1).
Поэтому в режимах, коrда имеет место баланс первичных токов
(i А + i в + i с == О), сумма вторичных токов j а + i ь + i с =1=- о.
n т
Рис. 8 4. Схема токовой защиты нулевой
последовательности.
7 н. в. ЧерноБРОВQВ
193
В нулевом проводе и ПУСКОВО1\1 реле защиты появляется остаточный
ток, называемый т о к о м н е б а л а н с а (1 нб), который может
вызвать нежелательное действие защиты при отсутствии тока 10.
б) ТОК небаланса
Значение 1 нб можно найти, если в выражении (8 4б) учесть токи
намаrничивания трансформаторов тока; тоrда .
Ip === ( i A i AHaM ) + ( iB i BH8M ) + ( ic i C1I8M ) 'А + i п +iC
n т n т n т
( i AlIaM + i B1I8M + i CH8M ) .
\nт n т n т
(8 5)
Очевидно, что второй член в выражении (8 5) является током
небаланса. Обозначив ero 1 нб И выразив первый член (8 5) через 10,
получим: ./
1 р == 3/ о 1 нб.
n т
(8 6)
Выражение (8 6) показывает, что ток в пусковом реле защиты
состоит из ДВУХ слаrающих: одно обусловлено первичным током 10
и второе поrрешностыо трансформаторов тока. Последнее иска
жает величину тока 31 о, на
KOTOPYIO реаrирует защита.
Как следует из (8 5), ток
небаланса равен сумме на
маrНИЧИВaIОЩИХ токов TpaHC
форматоров тока:
j === i Анзм + i Внам + i CHaM
нб n т n т .
lнои 1/1 (lнаи. NOKC)
4ии J// tt 4t!f,( ЗВ
11"",, з'
Рис. 8 5. Определение lнб по первой и
ретьей rармоникам ТОКОВ намаrничива.
нил трансформаторов тока фильтра /.().
Сумма намаrНИЧИВaIОЩИХ TO
ков обычно не равна НУЛIО.
Это объясняется те.м, что токи
намаrничивания имеют неси
нусоидаЛЬНУIО форму и, кроме
Toro, различаются по вели
чине и фазе вследствие нели...
.,
неиности и неидентичности характеристик намаrничивания и He
равенства в величине ВТОРИЧНЫХ наrрузок трансформаторов тока
различных фаз.
[нdЗС-=[/fам .111 + o,.,,J8 +
",,,,,,,-- + 4ом3С ==Z4аи ЗИf1ИС + 4(JИ ,JIIIl1H
,,'"
(8 7)
dl==l/fOM 111 +IHOMIB + lIIOM'IC
==InOM. макс IHOM. мцн
Токи намаrничивания состоят в основном из первой и третьей rармоник
/наМ1 И /намз [л. 35,23]. При трехфазных К. 3., качаниях и наrрузке токи третьей
rармоники /намз фаз А, В и С практически совпадают по фазе и поэтому сумми.
руются В нулевом проводе трансформаторов тока арифметически.
При тех же режимах токи 1 нам1 сдвинуты по фазе циклически приблизительно
На 1200 и суммируются в н rлf'ВОМ проводе rеометрически (рис. 8 5).
194
в результате этоrо ток небаланса состоит, так же как и ток на!l1аrничивания,
из первой и третьей rармоник (11161 и 1 Н6З)'
ИСQледования по казывают , что третьи rармоники составляют около 20 40%,
а первые 8Q-........60% полноrо тока намаrничивания.
llilея кривые намаrничиВа.ния трансформаторов тока Е 2 f (I нам) и опреде
лня вторичные э. д. с. трансформаторов тока Е2' можно приближенно оценить
[Л. 10] величины намаrничивающих токов, а затем Iнбl и Iнбз, пользуясь форму.
лами, Вытекающими из диаrрамм, и на рис. 8 5:
1 нб! == 0,66 (lнам. макс 1 нам. мин); } (8 8)
1 н63 === 0,34 (1 нам. мин + 21 нам. макс),
rДе 1 нам. макс И 1 нам. мин максимальные (1 нам 1 А) и :минимальные значения
1 нам (I иамID И IнаМIС)' найденные по кривым намаrничивания.
Действующее значение полноrо тока небаланса в нулевом проводе находится
по выражению
1 нб === 111;'61 + I бз.
(8 8a )
3а расчетное значение для определения 1 и6. макс следу т прини
мать ток трехфаЗlIоrо к. з., поскольку он, как правило, больше
двухфазноrо и, кроме Toro, в трехфазном режиме 1 нб3 значительно
больше, чем при двухфазном к. з. При двухфазном к. з. 1 нам3 повре
жденныХ фаз имеют противоположные знаки, вследствие чеrо 1 нб 3
равен их разности, а при трехфазном их сумме.
Для оrраничения тока небаланса необходимо работать в нена.
сыщенной части характеристики намаrничивания и иметь одинако.
вые токи намаrничивания во всех фазах. Чтобы обеспечить эти
условия, трансформаторы тока, питающие защиту, должны:
а) удовлетворять условию 10 ,{, ной поrрешности при макси
мальном значении тока трехфазноrо к. з. в начале следующеrо
участка;
б) иметь идентичные (совпадающие) характеристики намаrничи.
вания на всех трех фазах;
в) иметь одинаковые наrрузки вторичных llепей во всех фазах.
В неустановившихся режимах под влиянием апериодическоrо
тока к. з. токи намаrничивания, а вместе с ними и токи. небаланса
MorYT значительно возрасти, что необходимо учитывать при выборе
параметров защит, работающих без выдержки времени.
Ч тобbl исключить действие защиты от токов небаланса вели
чину тока срабатывания пусковых реле защиты выбирают БОЛbLuе
lпока небаланса.
в) Уставки защиты
Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу
и нарастает от приемноrо конца в сторону расположения трансфор.
маторов с заземленной нейтралью (рис. 8 6):
/3 < /2 < t]-
Если сети высшеrо 11 низшеrо напря:ж:ений связаны между собой
через трансформатор T 3 с соединением обмоток )..,/6 или ).../ л,
7*
195
то заrцwта нулевой последовательности 3, установленная на TpaHC
форматоре T 3, может быть мrновенной, ПОСI{ОЛЬКУ она не деЙ
ствует при К. з. и замыканиях на' землю на стороне низшеrо напря
жения. В результате этоrо выдерЖКИ времени (/2 и 11) остальных
заrцит нулевой последовательности существенно уменьшаются и
получаются меньше, чем t' у заrцит от междуфазных к. з., реаrи
рующих на фазный ток (рис. 8 6). Это объясняется тем, что послед
ние действуют при К. з. за трансформатором, вследствие чеrо их
приходится соrласовывать по времени с заrцитами на стороне
низшеrо напряжения траНСфоРll.-lаторов (рис. 8 6). Если же связь
между сетями разноrо напряжения осуществляется через aBToтpaHC
форматор T 3, то, как
показано на рис. 8 2,
при замыкании на землю
в сети одноrо напр яже
ния ТОК /0 появляется в
обеих сетях. Поэтому
выдержки времени за
ЩИТЫ нулевой последо
вательности сети одноrо
напряжения должны co
r ласовываться с защи
тами сети друrоrо Ha
пряжения.
В этих условиях за..
щита 3, Р аботающая в
J', '., 8'. 4' максимальные токовые защиты;
1. 2, 8 М'аксимальиые токовые защнты нуЛевой предыдущем случае без
последовательности. выдержки времени (tз ===
=== О), будет иметь теперь
/3 === t 4 + t, т. е. время действия заrцит, реаrирующих на ток /0'
увеличивается и получается равным времени действия макси-
мальных заrцит, реаrирующих на фазный ток.
Ток срабатывания пусковых реле маКСИll.-lальной заrциты нулевой
последовательности выбирается из условия надежноrо действия
заrциты при К. з. в конце следующеrо.(второrо) участка и из условия
отстройки от токов небаланса.
По первому услов ию / С. а < 3/ 0К . мин ,а по второму 1 С. а > / нб. макс.
Определяющим является второе условие, соrласно которому
Ф1'
.
о;...!!,.
T 1
Ф2'
)...6
T 2
ФЗ' ф//
I Т З
I
t
tч.
Рис. 8 6. Ступенчатый принцип выбора Bыдep
жек времени максимальной токовой защиты HY
левой последовательности.
/ с.а == k зап / нб. маКС'
(8 9)
.
rде k эап == 1,3 ...;-. 1,5. Ток / иб. макс рассчитывается для нормальноrо
реЖИll.-lа или для режима к. з. в зависимости от выдержКИ времени
заrциты. Е с л и в ы Д е р ж к а в р е м е н и 10 защиты нулевой
последовательности 11 р е в ы ш а е т в р е 11.-1 я Д е й с т в и я 1м. ф
защит от междуфазных к. З., установленных на следуюrцем участке,
то / с.а заrциты нулевой последовательности отстраивается только от
небалансов в нормальном режиме, поскольку междуфазные повре..
196
ждения отк;лючаются быстрее, чем может подействовать защита
нулевой последовательности.
Ток небаланса в нормально:\! режиме I нб (и) обычно определяется
измерением. У траНСфОРl\.rаторов тока с I ном . n === 5 а ero величина
колеблется от 0,01 до 0,2 а. Поэтому ток срабатывания по второму
условию можно выбрать очень маленьким: примерно 0,5 1 а BTO
ричных (или 10 20% от I ном трансформаторов тока).
Если t o < t ,.ф, то защиту нужно отстраивать от небаланса I нб (К)
при трехфазных К. з. в начале следующеrо участка. Отстройка
ведется от максимальноrо IНб(К) при установившемся режиме,
поскольку защита действует с выдержкой времени 0,5 сек и больше.
По даННЫl\1 опыта эксплуС!тации при правильно выбранных TpaHC
форматорах тока и их равномерной заrрузке ток срабатывания
можно выбрать в зависимости от значения кратности тока к. з.
2 4 а (вторичноrо тока).
УстаI::IОВИВШИЙСЯ ток небаланса при к. з., необходимый для
определения 1 С.3' должен находиться по выражению (8 8) и (8 8a).
Если трансформаторы тока работают в прямолинейной части
характеристики, то тоrда третьи rармоники в 1 нам малы. В этом
случае можно пренебречь составляющей 1 нб 3, рассчитывая ток
небаланса по выр ажению
1 нб == kоднfi1l , (8 10)
rде kO:I.H в зависимости от идентичности характеристик и наrрузок
трансформаторов тока выбирается от 0,5 1; fi поrрешность TpaHC
форматоров тока, при подборе их по lO% HbIM характеристикам
пр ин имается равным 0,1; 1,;' максимальное значение тока
трехфазноrо к. з. при повреждении в начале следующеro участка.
Следует иметь в виду, что формула (8 10) дает приближенные
результаты.
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чув"
ствите.пьности
k 3/ 0МИII
Ч / '
С.3
(8 11 )
rде 1 о МИЯ минимальньfЙ ток нулевой последовательности при
однофазном или двухфазном к. з. на землю в конце Bтoporo участка.
Надежность считается достаточной при k q 1,5. -
Если в сети, rде. установлена защита, возможна работа какой либо линии на
двух фазах (наПРИJl?ер, во время действия ОАПВ), то ток срабатывания защиты
нужно дополнительно отстроить от токов нулевой последовательности 3/0' появ
ляющихся в указанном режиме, или принять выдержки времени защиты больше
t оАпв .
8 3. ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛь.-
НОСТИ
\
В сетях с заземлеННЫl\IIИ lJулевыми точками, расположеННЫ!\;fИ
. с обеих сторон рассматриваемоrо участка сети, селективное деЙ
ствие максимальной токовой защиты нулевой последовательности
197
l\'Ю}КНО обеспечить только при наличии opraHa направления мощ
н ости (см. 7 1) .
Направленные защиты нулевой последовательности действуют
при к. з. на защищаемой линии и не работают при повреждениях
на всех остальных при
соединениях, отходящих
от данной подстанции.
Такое поведение защиты
обеспечивается с по
мощью реле направле
ния мощности, реаrи
р ующеrо на знак ил и
направление мощности
нулевой последователь
ности при к. з.
Выдер}кки врем:ени
на защитах, действую
щих при одном направ
лении мощности, подби
раются по ступенчатому
принципу. На рис. 8 7
показаны размещение
направленных защит HY
левой последователь-
ности и rрафИI{ их BЫ
держек времени. Схема защиты приведена на рис. 8 8.
Защита состоит из TOKoBoro реле 1, реаrирующеrо на появление
к. 3. на Зel\-IЛЮ, реле мощности 2, определяющеrо направление
мощности при к. з., И реле
времени 3, создающеrо BЫ
дер}кку времени, необходи
,мую по условию селектив
н ости .
Пусковое реле Ij токовая
обмотка реле мощности вклю
чаются в нулевой про вод
трансформаторов тока на ток
3/0' а поляризующая обмотка
(обмотка напря}кения) реле
мощности питается напр я}ке
нием зи о от разомкнутоrо
треуrольникатрансформатора
Рис. 8 8. CXel\Ia ТОКОВОЙ направленноЙ
напря}кения. защиты нулевой последовательности.
При таком включении pe
ле 2 реаrир ует на мощность
нулевой последовательности 80 == Uo/ o - С учетом уrла BHYTpeH
Hero сдвиrа а поляризующей обмотки и равенств и р == зи о ,
1 р== 310 реле направления мощности соrласно (7 1) реаrирует
198
I 2 J
72
а)
I-=-
I
I
I
t
7j
б)
t Ts
Рис. 8 7. Размещение максимальных направ
1 ленных защит нулевой последовательности (а) и
rрафик их выдержки времени (6).
м максимальная направленная защита нулевой
последовательности.
2
-:-
на МОЩНОСТЬ:
Sp == Upl p sin (а fPp) == ЗUоЗl о sin (а fPo)'
rде fPp СРо уrол сдвиrа фаз ме,жду Ир и lр или и о и [о'
Условия работы реле мощ
ности И ero поведение можно
УЯСНИТЬ из рассмотрения BeK
торных диаrрамм напр яжения
и тока питающих реле (и о
и 10) при однофазных и двyx
фазных к. з. на землю (рис.
8 9 и 8 10).
р N
I 1/1 I
1 ' A' I 'Z
t /0:.0 t .
Ic O
.....................
11<
То'ша 1(:[//11(;::;.0; иBx=EB lJcx=E c
TO'li<G Р:UДI<=11l Х l1 ; ивр;::;.Еа; Ucp=.tc
Е
.............
<э
а)
АЕд
I
J
,
I
fл L -
.....
......
.....
.....
....
....
......
......
./
""
""
./
./
//. , . ..
.JUrж =иBI<+UCK= Eд,
б)
Uлf
l/co
2[.
z)
(8 12)
,
1 Е/I
I
I
I .
lhp
.900
I;, =11(
...
....
lIco ""....""
""
""
""
.зU ор =и др + (;вр+ й СР =з иОI< f;I1P
.Jd op <ЗООI<
lJ)
1 - ..$
. If=JIO:::::'i K
1111 == i Д2 =40
Ip,;::;/cz
д)
Рис. 8 9. Векторные диаrраМJ\1Ы токов и напряжений при
однофазном к.з.
D схема сети; б Дllаrрамма в точке 1(; в диаrрамма в точке Р,:;
е, д LtllarpaMMbl. построенные с помощью симметричных составЛЯЮ
щих.
Для упрощения принято, что поврежденная линия разомкнута
(рис. 9, а). За исходные при построении всех диаrрамм взяты
B
векторы 9. д. с. 9квивалентноrо reHepaTopa системы БА, Ё в , Ее,'
I{OTOpbIe можно считать не изменяющимися при К. 3.
а д н о Ф а 3 н о е к. 3-. [л. 32, 13], Еапример, на фазе А xapaK
теризуется следующими УСЛОВИЯl\ПI, вытекающими И3 рис. 8 9, а:
1) В поврежденной фазе А под действием э. д. с. Е А прох.одит
ток К. 3. 1 А == 1 к' Если принять актпвное сопротивление сети paB
ным нулю, то ток 1 А отстает от э. д. с. Е А на 90 g .
р
'А = {}
д
I /в
1 I /f
............
"
1\\ I t ,
f[ ,\ С
;,f t ,1 T . I li +i=31.
I I 'с t ,в с о
1\
'::= .=-- ...=- ...=-- .....=
}
Точка К: и В /( =и СН o; tI.4!( ==Е А
Точка р: lIвp =-4 X6 J - и ср =1c ](C J ' tJ.4P ==Е А
IJ
ЕА
K;::;J{/IJK
.......
......
............ Ев
.....
БJ
а)
p
зtioр=4 р .J.Uв р .J.4р
ftq!( titl +42 +4
4f= 2=4
З/ IJ
1c2 1
'Рl
{/ВР
........
....... .
............... Ев
""
&2
IIJ
'0)
В)
,
l)
w
Рис. 8 1 о. Векторные диаrраммы при двухфазном к. 3. на землю.
а токораспредеJJение при двухфазном к. 3; б и в диаrрамма в TOQKe К
и Р; е. д диаrраммы. построенные с помощью симмеТРИQНЫХ составляющих.
2) Токи внеповрежденных фазах I в II lе равны нулю.
3) Напряжени поврежденноЙ фазы А относительно земли
в точке К U АК == О, поскольку эта фаза имеет r лухое замыкание
на землю.
4) Напряжения неповрежденных фаз U в и и с равны э. д. С.
этих фаз.
Для этих условий построена векторная диаrрамма фазных токов
и напряжений для места повреждения в точке К (рис. 8 9, б).
Векторы 3/0 и зи о находятся на основе уравнений (8 la) и (8 1)
путем rеометрическоrо сложения векторов фаз ны х токов и напря
. . 1.
жениЙ. COrJlaCHO этим уравнениям B месте К. 3. вектор loK== 3 1 А
200
и совпадает по направлению с> J А, а вектор (; оК (О ЕК + о СК).
При принятых допущениях (;ЕК + (;СК == .....:... Ё А , поэтому
.
.1.
и ок == 3 Е А . (8.13)
l'Iз диаrраМl\'1Ы 8 9, б следует, что .ток J оК опере}кает напряжение
и ок на 90 .
Векторная диаrрамма однофазноrо к. 3. В точке Р, удаленной
от l\;feCTa к. З., отличается от предыдущеrо случая величиной Ид
и и о . Напря}кение поврежденной фазы А в точке Р И АР =1= о, оно
равно падению напря}кения в сопротивлении Xp K (рис. 8 9, а):
и АР == jIKxp K. Напряжения неповрежденных фаз В и С в точке Р
равны э. д. с. соответствующих фаз (рис. 8 9, в).
Векторы и ор и J оК аналоrично предыдущему находятся reOMeT"
рическим СУI\lм:ированием фазных напря}кений и токов. В соответ"
. 1.. 1" . .
ствпи С этим Iop == ""31 А, иор ==""3 (И АР + U ВР + аср). Как c..'le.
дует из диаrраммы, и ор < и ок .
При Д В У х Ф а 3 н о М к. 3. Н а з е м л ю [л. 32, 13] век.
торная ди;аrрамма токов и напря}кений в месте повре}кдения фаз
В и С приведена на рис. 8 1 о, б.
Этот вид повреждения характеризуется в месте к. 3. тремя
условиями, очевидными из рис. 8 1 о, а: U пк == о; U СК == о; J А == О.
Напряжение в неповреЖДенной фазе (; А == Е А' В поврежденных фазах под
R1еиствием э. д. с. Е в и Ес проходят токи 1 Е и 1 со Каждый из этих токов состои'f.
из двух составляющих, показанных на рис. 8 10. 6 пунктиром.
Одна составляющая замыка тся пq контуру попрежденных фаз В и С и обус.
ловливается разностью э. д. с. Ев Ес, а вторая проходит по КОНТУРУ повреж-
nенная фаза З€i\IЛЯ под д йств ем Е В и Ес соответственно.
Результирующие токи 1 в и /с в отличие от токов при двухфазном к. 3. без
ЗемлИ сдвинутpI меL!<ДУ собоЙ на уrол б, меНьший 1800 (рис. 8 10. б).
Векторы и и о находятся rеометрическим суммированием фазных токов и
напряжений:
. 1.
и ок == з U АК'
1. .
а lок == 3 (ТВ + Тс).
Диаrрамма для точки Р, находящейся на некотором удалении от места повре
ждепия, представлена на рис. 8 10, в. Очевидно, что токи в точке Р такие же,
как и в точке К.
Напряжение неповрежденной фазы также не меняется. Напряжение повре.
жденных фаз U ЕР и U СР .больше нуля. Они равны падению напряжения от точки
К до точки Р.
. ]. .. . .
Напряжение и ОР == "3" (и АР + и вр + и ср ); с учеТОi\-1 Toro. ЧТО и АР == Е А .
находим:
. ]. . .
и оР ===""3 (Е АР + и-БР + и СР ).
. От юда и из векторной диаrраммы следует, что и оР < и ок , Ток io опережаеJ1
и ок и и оР на уrол ffoK' Если не учитывать активноrо сопротивлени , то СРОК == 900.
201
ПРИDеденные диаrраммы построены с указанными выше допущениями и яв
ляются поэтому приближенными. .
Более CTporo и точно подобные диаrраммы MoryT быть построены на основе
COBMecTHoro решения уравнений, характеризующих данный вид повреждений, и
уравнени" , выражающих связь симметричных составляющих с фазными токами
и напряженнями. Построенные подобным способом диаrраммы для места к. 3.
показаны на рнс. 8 9, е, д и 8 10, е, д; там же приведены нсходные уравнення (под
робнее о этих диаrраммах СМ. [Л. 10, 13, 32]).
Векторные диаrраммы на рис. 8 g и 8 1 О позволяют сделать
следующие ВЫВОДЫ:
1. у r о л с д В И r а fPp соr-ласно формуле (8 12) определяющий
знак и величину мощности Sp, на которую реаrируют реле мощности
нулевой последовательности, равен fPo (рис. 8 g). Без учета актив
Horo СОПРОТIlвления сети fPo == 90 g . При учете ero fPo составляет
100 120°.
Отсюда следует, что для направленной защиты нулевой последо
ваmельносп1и необходимо применять реле мощности сиНУСНО20 или
смешаННО20 muпa l имеющие максимальный l\IOMeHT в диапазоне
значений <Рр == 90 ....;-- 120 Q .
К подобным реле относятся реле ТИПОВ РБМ 177 и РБl\.'1 178,
у которых lVl з :::;::: kU p / p sin (а fPp) и уrол а == 200.
Уrол максимальной чувствительности у этих реле, как следует
из приведенноrо выше выражения, fPм.ч:::::; а 900 == 200
90g :::::; 110" или при принятом заводом обозначении однополяр"
ных зажимов тока и напряжения {[)м.ч == 180 110 == + 70 g . Это
значение fPM. ч указывается в каталоrах и справочниках.
2. т о к 3/0 при однофазном к. з. равен /к (в режиме однОСТО"
pOHHero питания), а при двухфазном к. 3. С землей rеометриче..
ской сумме токов поврежденных фаз, т. е. ТОКу к. 3., проходящеrо
через землю.
3. Н а п р я ж е н и е зи о имеет наибольшее значение (порядка
фазноrо напряжения) В месте к. 3. (точка Ю.
ПО мере удаления от точки повреждения К напряжение зи о
уменьшается. Это вытекает из диаrрамм на рис. 8..9 и 8..10, а также
из уравнения (8 2B) и показано rрафически на рис. 8 3.
Из выражения (8 2B) и рис. 8 3, в следует, что чем дальше от
места к. з. н-аходится реле МОШflостИ 1 тем хуже условия ееО работы.
Действительно, мощность 8 р на зажимах реле уменьшается с YMeHЪ
шением и о ' Зависимость и о == f (lp K) (рис. 8..3, в) может рассматрн"
ваться как зависимость 80 :::::; f (lp K), если принять, что / р и q:.p
постоянны. При удаленных к. з. мощность 8 р может оказаться
меньше 8 с . р , в результате чеrо реле мощности, а следовательно,
и защита не будут работать.
Для расширения зоны действия защиты нулевой последователь"
ности необходимы высокочувствительные реле мощности.
4. Векторные диаrраммы, особенно при однофазном к. 3., на..
rлядно показывают, что при положительном fPR уrол {[)О отрицателен.
Это означает, что мощность 80 и мощносп1Ь К. З. в поврежденной
фазе 8 к . з имеют проп1ивопОЛОЖНblе знаки. Например, при однофаз..
202
ном к. з. нз защищаеl\10Й линии (рис. 8 , а) МОЩНОСТЬ к. з. В фазе
имеет положительный знак и направлена от источника питания
к месту к. з., мощность ,!Се нулевой последовательности oтpицa
lпельна т. е. направлена от места К. з. К нулевоЙ точке трансфор
маторов. Поэтому обмотки напряжения и тока реле мощности
нулевой последовательности должны ВКЛlочаться разноименноЙ
поляр НОСТЫО.
Уставки направленной защиты. Ток срабатывания пусковоrо
TOKoBoro реле выбирается так же, как и у ненаправленной защиты
нулевой последовательности (см. 8 2).
Чувствительность пусковоrо реле защиты проверяется при
К. з. В конце BToporo участка по формуле (8 11).
На очень длинных линиях следует дополнительно проверять
чувствительность реле мощности по выражению k ч == Sр.мин/Sс.р,
rде Sp. МИН мощность на зажимах реле в режиме, коrда и о и/о имеют
минимальное значение.
Вьщержки времени направленной защиты выбираются по встреч
но ступенчатому принципу (рис. 8 7). Каждая защита отстраивается
... ... .,
::>т соседнеи защиты, деиствующеи при одном направлении МОЩ
ности, на ступень I1t: t 1 == /3 + 11/.
B 4. ОТСЕЧКИ НУJIЕВОЙ ПОСJIЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
а) Назначение, принцип действия и разновидности отсечек
Для ускорения отключения К. з. на землю в сетях с r лухозазем
ленной неЙтралью применяются отсечки, реаrируюшие на ток
нулевоЙ последовательности. Принцип действия их такой же, кан:
и у отсечек, реаrирующих на фазный ток (СМ. rл. 5). Отсечки нуле
вой последовательности выполняются простыми токовы1\ии И направ
леННЫМlI, мrновенными и с выдержкой времени.
б) Токовые ненаправленные отсечки нулевой последователь"
ности
Т о к о в ы е (н е н а п р а в л е н н I е) отсечки нулевой после
довательности применяются на линиях с односторонним прохож
дением тока /0 при к. з. на землю, т. е. там, rде заземленные ней..
трали трансформаторов расположены с одной стороны линии
(рис. 8 11).
М r н о в е н н ы е о т с е ч к и нулевой последовательности
отстраиваются от тока 3/0макс при к. з. на землю на шинах противо-
положной подстанции по выражению, аналоrичному (5 3):
1 С. 3== kзаП3/0макс. (8..14)
О т с е ч к и с в ы Д е р ж к о й в р е м е н и (реле 2 на
рис. 8 11, а) отстраиваются по току и времени от мrновенноЙ отсечки
нулевой последовательности 3 следующей линии.
203
При расположении нейтралей с одной стороны защищаемой
линии Л 1 ток 310 в отсечках 2 и 3 при к. з. на Л2 одинаков. Поэтому
пр ин имается, что
1 С. 32 == (1 ,1 + 1 ,2) 1 С. зз.
(8 15)
Выдержка времени { 2 ....:..... /3 + Д/.
Зона действия отсечек находится rрафически по точке пересече-
ния кривой 310 ==:: f (lp K) С прямой l с : з , как это ПОК8зано на
рис. 8 11, 6.
А 0@ D
aHC I ....
ЛI Л2
I J
I j
I ,
Jlo=f'(lp J{J I I
I t
I
Z I
БJ f
Il(p KJ
lэ2
lэз
Рис. 8.11. Защита шшии с помощью отсечек ну-
левой последовательности (а); rрафический расчет
и зона действия этих отсечек (б)i соrласование
времени и зон действия защит 2 и 3 (в).
1 I С.З мrновенной отсечки иа пииии Л 1; 2 1 с.Эй
отсечкн с выдержкой времени на 1IИнНИ Л 1; 3 J с.' 3з
отсечки MrHoBeHHoro действня на 1IНнни Л2; lзli 1З2' 133
З0на действия отсечки 1. 2, 3.
Схема отсечки с выдержкой времени выполняется по рис. 8 4.
Мrновенная отсечка выполняется так же, но без реле вре...
мени 2.
Ненаправленные токовые отсечки нулевой последовательности
и и
можно применять также в сети, имеющеи заземленные неитрали
с обеих сторон защищаемой линии (рис. 8-12).
В этом случае 1 С. 3 отстраивается от токов 31 о' проходящих
"
через защиту, как при к. З. на шинах противоположнои подстан'"
цИИ В, так и при к. з. на шинах подстанции А, rде установлена
отсечка (рис. 8 12, а). Однако если 31ОК2> 31 0к1! то чувстви
тельность отсечки получается недостаточной. В этих случаях
следует применять направленную отсечку нулевой последова'"
тельности.
204 .
в) Направленные отсечки нулевой последовательности
Схема направленной отсечки нулевой последовательности с BЫ
держкоЙ времени аналоrична показанноЙ на рис. 8 8. Направлен
ная отсечка без выдер:ж:ки времени выполняется по той же схеме,
но без реле времени 3.
OpraH направления мощности, имеющийся в направленной
отсечке, блокирует ее при к. з. на шинах подстанции А (рис. 8 12, а),
коrда мощность SOK2 направлена от шин подстанции 1, блаrодаря
чему отпадает необходимость отстройки защиты от тока /ОК2.
ДЛЯ обеспечения селективности направленную от ечку ДOCTa
точно отстроить только от тока
/01<'1, проходящеrо по защищае
мой линии при к. 3. на под
станции В.
Ток срабатывания MrHoBeH
ной направленной отсечки выби
рается так, чтобы она не дей
ствовала при к. 3. за шинами
противоположной подстанпии В
(рис. 8 12, а, 6). Для выполне
ЕИЯ этоrо условия необходимо
принять:
/ с.з == kзапЗ/ орастн (8 16)
rде k эап коэффициент запас
принимаемыЙ равным для реле
типа ЭТ или РТ 1 ,2 l,3, а для
реле типа PT 80 1 ,4 1 ,5; /ОРtlсч
наибольший ток / о, проходя
щий по защищаемой линии Лl,
от KOToporo должна быть OT
строена отсечка.
Ток срабатывания .MrHoBeHHbIx отсечек на параллельных линиях
необходимо выбир.ать с учетом наличия значительной в з а и м о ..
и н Д у к Ц и и от параллельной цепи, которая оказывает сущест
венное влияние на сопротивление нулевой последовательности
[л. 3, 33, 32].
При одинаковом направлении токов /0 в обеих цепях взаимоин
дукция одноЙ линии увеличивает сопротивление второй, а при
раЗЛИЧНОI\'1 уменьшает ero. В результате этоrо в первом случае
токи 10 в параллельных линиях уменьшаются, а БО втором YB
личиваются.
Имея это ввиду, максимальное значение тока / о в параллельных
линиях при внешних к. з. определяют из рассмотрения трех pac
четных схем (рис. 8 lЗ, а, 6, в).
.тОА a,,=JIDK , к,.тiJ/I
<i11' 6
А rJ Р ..... В1 .
А /ОК2 В
.. ....
а)
[
JI
11
, I
/ I
"./ I
,," I
.." I
t:j
't
80)
6)
Рис. 8 12. Расчет 1 с.э мrновенной Ha
правленной отсечки нулевой 1).оследо
вательности в сети с двусторонннм пи
танием то ками 10.
а схемз сети; б rрафический расчет.
1 Как было показано выше, мощность нулевой последовательности направ.
JleHa от места повреждения к заземлеиным нейтралям сети.
205
Наиболее близким внешним повреждением является К. 3. В точке
К 1 на шинах противоположной подстанции (рис. 8 13, й, 6). При
этом максима.пьный ТОК в линии получается в случае отключения
одной из параллельных цепей и заземления ее с двух сторон
(рис. 8 13, б).
В этом режиме сопротивление оставшейся в' работе линии Л 1
вследствие взаимоиндукции от тока /02 уменьшается, что в ечет
за собой увеличение расчетноrо тока /01'
При определенных сочетаниях сопротивлений ХО элементов
рассматриваемой сети ток в линии Л 1 при внешних к. з. может
'"
в
[о
К, -=
А
I l
А
........... 101
в
6)
отнлючен
е)
/oz=I UK
Рис. 8 13. Расчет токовой отсечки на параллельных линиях.
Расчетные схемы для выбора тока срабатывания отсечек нуле
вой последовательности на параллельных линиях (а, б, в) и xa
рактер изменениЯ тока /01 при К. 3. односторонне отключенной
. параллельной линии Л2 (е).
достиrнуть максимальноrо значения не в случае повреждения
на шинах в точке К1' а при К. з. на параллельной линии в точке
К2' в режиме одностороннеrо отключения этой линии (рис. 8 13, в).
Хотя к. з. В точке К 2 является более удаленным, чем К. з. в К!,
ток /01 В линии Л 1 в этом случае может оказаться больше блаrодаря
изменению токораспределения в параллельных ветвях расчетной
схемы из за уменьшения сопротивления линии Л 1, вызванноrо
сильной взаимоиндукцией от линии Л2.
На рис. 8 13, с приведен подобный случай изменения тока /01
и полноrо тока в месте к. з. /ОК В зависимости от местоположения
точки к. з.
В качестве /0 расч берется большее из полученных значений /01'
Токи нулевой последовательности необходимо рассчитывать при
том виде к. з. на землю, при котором их значение получается
наибольшим.
206
Из теории расчета токов к. 3. [л. 3] известно, что при равенстве
сумма рных сопротивлений прямой и обратной последовательностей
схемы замещения [Хl1: == Х 2 1: J ток I 1) > / 1.1).. если ХО1: > Хl1:.
Подсчитав и сопоставив ХО1: с Хl1:, находят расчетный вид к. з.
(однофазное или двухфазное к. з. на землю).
Ток срабатывания направленной отсечки с выдержкой времени
отстраивается от тока /0 расч,' появляющеrося в реле при к. з.
В конце зоны действия мrновенной.защиты В (рис. 8 14, а), YCTaHOB
"ленной на следующем участке Л2. Расчет ведется по выражению
(8 16).
& & с
I 'РА =31 СА 8 I !Ре: J/ o/J М
Лl Л2
Ne ":"
а) 6)
Iс.зА
I
I
I
I
I
I
I
I
1'с.эD
ОА О 013
}f
О
С -!--
z)
lзА
м
[(P HJ
С
Рис. 8 14. Расчет направленных
отсечек нулевой последовательнcr
сти с выдержкой времени.
а схема сети; 6 rрафический pac
чет; в схема замещения; 2 corJla
сованне уставоК защит на napaJlJleJJb
ных лэп.
lэв
о)
На рис. 8 14 показан rрафический способ определения величины
10 расч для отсечки А. Он сводится к следующему. Строятся кривые
/ РА И / рп (рис. 8 14, 6) изменения тока 3/0, проходящеrо в реле
отсечек А и В при к. з. В разных точках линии Л2. По точке пере-
сечения кривой / РВ С прямой / с.з В находится rраница (точка М)
30НЫ действия мrновенной отсечки В, установленной на Л2.
)1ля найденной точки М по кривой /РА определяется значение
тока 3/ оМ, проходящеrо через отсечку А при к. з. В конце зоны
действия отсечки В. Полученный ток 3/ 0м является расчетным
током, от KOToporo нужно отстроить отсечку А.
Подставляя найденный ток в выражение (8 16), находим /с.зА,
при котором отсечка А не работает за пределами зоны действия
отсечки В.
Ток /с зА,
аналитически,
u r u
удовлетворяющии этому условию, можнэ.. наити
определив коэффициент распределения токов /0
207
J,
..
в схеме JfУЛевои последовательности рассматриваемоrо участка сети
(рис. 8 14, а).
Их схемы замещения этоrо участка (рис. 8 14, в) следует, что
при к. з. В любой точке линии Л2 отношение между токами /ОЛl
И /ОЛ2 является постоянной величиной и равно:
IОЛl ХОВ
== == kp.
IОЛ2 Х ОА + ХОВ
Отсюда
..
IОЛI == kp/ ОЛ2. (8 16а)
При к. з. В конце зоны отсечки В в условиях, коrда последняя
находится на rрани действия, ток /ОЛ2 == 1 с.зВ; подставив это
в (8 16а), найдем, что в ЭТОМ случае по отсечке А будет проходить
ток / Лl ::::: kpJ С.3 в. <
Если принять /с.зА == k р / с . эВ , ТО при токе /ОЛ2 < /с.3В ток IОЛl,
проходящий по ()тсечке А, также будет меньше / с.зА и, следова
тельно, защита А не будет действовать за пределами зоны действия
защиты В.
При выборе J С.3 А отсечки с выдержкой времени на пар а л -
л е л ь н ы х линиях для определения максимальноrо значеНII я
Jорасч необходимо исходить из расчетных схем, приведенных I-:{a
рис. 8 13. В этом случае чувствительность отсечки А соrласуетl Я
с мrновенной отсечкой В и С (рис. 8 14, е). \,
В Ы д е р ж к а в р е м е н и t А отсечки А пр инимается на'
ступень больше времени действия отсечки В, а на паралле.JIЬНЫХ
линиях и отсечки С.
8 5. СТУПЕНЧАТАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Большое распространение в сетях с rлухозаземленной неЙтралью
получила ступенчатая защита нулевоЙ последовательности, токовая
и направленная. Наиболее
полноценной является
трехступенчатая защита,
состоящая из мrновенноЙ
отсечки, отсечки с выдерж
коЙ времени и максималь
ной защиты нулевой после
довательности.
Схема и характеристи
ка таI.<ОЙ трехступенчатой
направленной защиты по
казаны на Р ис. 8 15 и 8 16.
а оперативные цепи; б токовые цепи: tJ
цепи напряження. Первая ступень защиты
выполняется мrновенной
С помощью пусковоrо TOKoBoro реле TOl' Вторая ступень от..
страивается от мrновенной отсечки следующеrо участка и имеет
tlI 0,4 --;-.- 0,6 сек; она осуществляется посредством п)'сковоrо
ТOI Т 02 ТОЗ Но
ffO
б)
а)
зи о
6)
Рис. 8 15. Трехступенчатая направленная
защита нулевой последовательности.
- 208
TOI\:oBoro реле Т 02 и реле времени 82. Третья ступень предназна.
чена для резервирования защиты следующеrо участка. Она BЫ
полняется с помощью TO
KOBoro реле Тоз и реле Bpe
мени В З .
Для ОТСТРОЙI\Я первой
ступени защиты от разряд.
ников предусмотрено про
межуточное реле П 1 с t ==
== 0,03 ....;..- 0,06 сек. Реле
мощности М(} является об
щим для всех ступеней.
В схеме имеется ОТI\:ЛЮЧ аЮ 4
щее устроЙство ОУ дЛЯ
удобноrо вывода защиты из
действия.
Выбор уставок каждоЙ ступени защиты производится в полном
соответствии с рассмотренным выше расчетом уставок дЛЯ 1\1П10.
венноЙ отсечки, отсечки с выдержкой времени и максимальноЙ
защиты нулевой последовательности.
"
G1
t
I@
kЭ
t'A
tЗА
t f 8
Рис. 8 16. Характеристика времени дейст
вия трехступенчатоЙ защиты иулевоЙ после
дователыюсти и соrласование ее со смеж
ноЙ защитоЙ В.
t 2A с t lВ; t 3A с t 2B и t зв .
8 6. ПИТАНИЕ ПОЛЯРИЗУЮЩЕЙ ОБМОТКИ РЕЛЕ МОЩНОСТИ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
На рис. 8.17 изображена схема направленной защиты нулевой
последовательности, не требующей трансформатора напряжения.
В этоЙ схеме подяризую
щая оБМОТI\:а (обмотка на.
пряжения) реле мощности 2
питается от трансформа
тора тока 5, установлен.
Horo в заземляющем ПрО4
воде силовоrо трансформа
тора 6. При замыкании на
землю ток нулевой после
довательности [о в зазем
л яющем проводе, посту.
пающий в поляризующую
обмотку - реле мощности,
всеrда направлен в одну
сторону. Направление же
TOI\:a в защищаемоЙ линии
зависит от положения точ
ки повреждения.
Ток 10Kl (рис. 8 18) в
месте установки защиты
при к. з. на защищаемой линии в точке К 1 противоположен току
1 0к2. проходящему через защиту при к. з. В точке К 2 за шинами
.......
r
I В
I <]
It J 4
I
I
I
.1.
t 5
-ь
II """ .J
..........
Л и
Рис. 8 17. Принципиальная схема макси
мальной защиты нулевой последовательности
с питанием поляризующей обмотки реле
мощности от трансформатора тока.
к
209
подстанции. Векторные диаrраммы этих токов показаны на рис.
8 18, 6: При !10вре:Жl1ении на защищаемой линии yroJJ fPp (между TO
ками J OT и J OK1 ) равен 1800; при этом контакты реле мощности
должны замыкаться. .
В с rrучае к. з. на землю вне зоны <рр === о и реле мощности не
должно действовать. Отсюда следует, что при данной схеме вклю
чения необходимо применять реле косинусноrо или смешанноrо
lJД
1 /(1
/ОК2
l/в
Jl.Io
а)
о)
Рис. 8 18. Векторные диаrрcrммы токов нулевой последова
тельности для реле мощности на рис. 8 17.
а распределение ТОJЮВ 10; б векториая диаrрамма при к. 3. К. И
/(2. Поляризующая обмотка реле питается током J От' а то.ко.вая тo
ками J 0/(1 и 10/(2. На диаrрамме прииято.. что. теки. направленные J{ ши
нам, на защищаемей линни и В трансфо.рмато.ре имеют ОД инако.вый зиак.
Типа, наде:жно работающее при <рр == 1800. Для включения по такой
схеме используется специальное реле типа РБМ 272, имеющее две
токовые обмотки. Уrол максимальной чувствительности этоrо
реле (j)м.ч == О. Освоено и выпускается промышленностью реле
направления мощности с токовой поляризацией типа РМП 272 на
выпрямленных токах. Рассмотренная схема применяется в тех слу
чаях, коrда на подстанции отсутствует трансформатор напр яжения
или коrда ero установка нецелесообразна.
"".
8-7. ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАЩИТЫ
В энерrосистемах COBeTcKoro Союза защита нулевой последова
тельности получила весьма широкое распространение в сетях
11 0 500 К8. Положительными качествами защиты являются про
стота схемы и высокая надежность, что подтверждается опытом
эксплуатации.
Пусковой opraH защиты нулевой последовательности имеет
высокую чувствительность, поскольку ero не нужно отстраивать
от токов наrрузки.
В блаrоприятных условиях работает и opraH направления
мощности защиты. При наиболее тяжелых К. з. вблизи шин под
станций и электростанций реле мощности нулевой последователь
ности получает большое напряжение И О и поэтому работает в отли
чие от реле мощности, включаемых на фазный ТО.К, о.чень надежно.
Уrол СДБита p между Ир и Ip, подводимых к реле мощности нулевоЙ
210
последовательности, в.сerда близок к оптимальному, вследствие
чеrо реле работает в условиях наибольшей чувствительности.
Блаrодаря наличию трансформаторов с заземленными нейтра
лями на каждой ПQдстанции сети 11 O 500 кв, являющихся источ
ником тока I:Iулевой последовательности, имеется широкая возмож
ность применения отсечек нулевой последовательности, а вместе
с тем и мноrоступенчатых защит нулевой последовательности
практически на всех линиях средней и большой протяженности.
К недостаткам, свойственным принципу деЙствия защиты
следует отнести то, что она реаrирует на токи в неполнофаЗНО 1
реЖИ!'.-fе и может работать ложоо при обрыве фазноrо провода во
вторичноЙ цепи трансформаторов тока.
r лава девятая
ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С МАЛЫМ ТО..
КОМ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕ1"'-ЛЮ 1
9 1. ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ НА
ЗЕМЛЮ
Сети с малым током замыкания на землю работают с изолиро.
ванноЙ нейтралью или с заземленной через дуrоrасящую катушку
(дrк) .
Как уже отмечалось в 1 2, в таких сетях (в отличие от сетеЙ
с rлухозаземленной нейтралью) замыкание на землю одной фазы не
вызывает к о р о т к о r о з а
м ыI К а н и я и не сопрово
ждается поэтому снижением
ме}l(дуфазных напряжений и
появлением повышенных TO
ков в сети.
Рассмотрим характер из
менения токов и напряженн'й
Б сети и их векторные диа
rраI\/IМЫ при однофазных за.
мыканиях на землю (рис. 9.1),
принимая для упрощения,
что наrрузка сети отключена.
В н о р м а л ь н ы х у с л о в и я х напряжения проводов А,
В и С по отношению к земле равны соответствующим фазным
напряжениям (; А, О В, О е, которые в свою очередь равны э д. с.
источника питания ЕА, Ев, Ее, поскольку наrрузка отключена.
Векторы этих фазных напряжений образуют симметричную звезду
н
EC fcfc)
. /,
Ев ........в(с) иве
EA
А
с
IJ
Рис. 9 1. Токи и напряжения при за:\1Ы.
кании на землю одной фазы в сети с изо
лированной нейтралью.
1 В СССР с малыми токами замыкания на ЗelvlЛЮ работают сети с напряжением
35 кв и ниже.
211
..
(рис. 9 2, а), а их сумма равна нулю, в результате чеrо напряжение
в нейтрали Н отсутствует: и н == О.
Под действием фазных напряжений через емкости фаз относи
тельно земли СА, СВ и С с проходят токи, опере)кающие COOT
ветствующие напря)кения на 90<;!:
. (;А . (;в . и с
/А== . ; /в== . ; /с== . .
JXc JXc JXc
Сумма емкостных токов, проходящих по фазам в нормальном
ре)киме, равна нулю, и поэтому / отсутствует.
Н а п р я )к е н и я с е т и при з а м ы к а н и и н а з е м л ю.
При металлическ м замыкании на землю одной фазы, например А,
4fC)
'; = (4(c)+iC!c)'="
А
80
'90
(9 а 1 )
с
'С(С)
а)
(J
б)
о
(C)
Рис. 9 2. Векторные диаrраммы токов и напряжений в сети
с изолированной нейтралью.
а в нормальном режиме; 6 при замыкании на зем '1Ю фазы А.
ее напря)кение относительно з мли сни)кается до нуля (и А === О),
так как в результате соединения с землей точка К приобретает
потенциал, равный нулю (потенциал земли).
Напря)кение нейтрали и н по отношению к земле становится
paBHbINI напря)кению ме}кду точками К и н (рис. 9 1 и 9 2, 6), т. е.
апря)кению, равному по величине и обратному по знаку э. д. с.
заземлившейся фазы:
(/ н == (/ кв== Е А . (9 2)
Напря)кение неповре)кденных фаз В и С относительно земли
повышается до междуфазноrо. Действительно, на рис. 9 1 видно.
что напря)кение фазы В относительно земли paBHq напр )кению
между проводом В и точкой К, следовательно, Ив == u БА.
Аналоrично напряжение фазы с по отношению к земле и с ==
== иСА.
Учитывая, что нейтраль Н .имеет относительно земли наПРfIЖ
ние ин, можно (исходя из рис. 9 ]) выразить напряжения и в 11
С'с через ин:
ив==ин+Е в
и
йс==(;н+Ес
212
ИДИ С учетом (9 2):
(; в == Ё А + Ё в == (; ПА И (; С == Ё А ---J Ё С == (; СА. (9 2 а)
Междуфазные напряжения между проводами фаз остаются
неизменными, что также следует из рассмотрения рис. 9 1.
На основе полученных выражений на рис. 9 2, 6 построена
(топоrрафическая) векторная диаrрамм.а напряжений проводов и
нейтрали сети по отношению к земле (иА, Оiз, (;с и (; н). На этой
диаrрамме точки А, В и С представляют собой провода линии,
а точка Н соответствует нейтраJ1И источника питаНl!Я. Точка А
u u
связана с землеи и имеет нулевои потенциал.
Т о к и при з а м ы к а н и и н а з е м л ю. В месте повре"
ждения проходят токи, замыкающиеся через емкости фаз сети
(р ис. 9 1 ) .
Поскольку и А == О, то 1 А(С) == О. В двух друrих фазах под дейст"
впем напряжения иiз и ис появляются токи, опережающие на
90 g напряжения:
.. . U ПА
1 В(С) == 1
хс
и
. .О СА
1 С (С) == J .
ХС
(9 З)
Ток 1 з в месте повреждения равен rеометрической cY1\IMe токов
в фазах В и С и противоположен им по фазе, что видно из токорас"
пределения на рис. 9 1:
i 3 == (i п (С) + i С (С»).
с учетом (9 3)
/ . . ( О ПА ОСА )
3== 1 + .
ХС ХС
ИЗ диаrраммы на рис. 9 2, 6 следует, что ОБА + ОСА == 3Ё А ,
С учетом этоrо
. 3Ё А . з0 ф
1 == J == l
3 Х Х'
С С
(9 4)
'т аким образом, ток 13 равен утроенному .значению нормальноrо
eMKOCTHoro тока фазы (/сф == иф/хс). Из рис. 9 2, 6 видно, что ток
13 отстает от напряжения и н на 900. Величина тока 13 зависит от
, величины напряжения сети и емкости фаз (хс == 1/ roС) и может
быть подсчитана по формуле
U Ф
13 == 31 сф == 3 == зи фroСудl. 10 6, а,
ХС
rде 1 общая протяженность одной фазы сети; Суд емкость
1 км фазы сети относитеJ1ЬНО земли.
Емкость фаз относительно зеМJ1И в воздушных сетях значительно
меньше, чем в кабельных.
Токи и напряжения нулевой последова..
т е л ь н о с т И, в о з н и к а ю щ и е при з а м ы к а н и я х
н а з е 1\1 л ю. Вследствие нарушения симметрии и баланса eMKOCT
213
пых токов и фазных напряжений ПОЯВ.пяются: составляющие нулевой
последовательности:
. 1. . .
и ок == з. (иА + и в + ис); (9 '5)
. 1. . .
10==3 (IA+ln+lc). (9 6)
Подставляя в (9 5) значения напряжений из (9 2a) и учитывая,
что. U А == О, получаем:
. 1. .
и ок == 3 (и пА + и СА); (9 6a)
и так как ОВА + ОСА == ЗЁ А == ЗИН, то ООК == Ё А == ОП 8
Таким образом, напряжение нулевой последовательности равно
и противоположно нормальному напряжению БА поврежденной
фазы и равно напряже
нию Ин в нейтрали сети.
Пренебреrая сопротивле
нием проводов, которое
зна чительно меньше Хс,
получаем, что во всех точ
ках сети И О == И ОК '
Токи 1 о, возникающие
ПОД действием И ОК, замы
I{аются через емкость фаз
и заземленные нулевые
точки reHepaTopOB и TpaHC
форматоров, если такие заземления имеются (рис. 9 З).
Из распределения токов 10' показанноrо на рис. 9 З, следует, что
. (; ОК . Ё А . и ф
1 О == 1 == J == 1 ,
ХС ХС ХС
IoO
10/0
н
ин =4ж
Рис. 9 З. Прохождение токов нулевой по
слсдовательности при замыкании на землю.
(9 7)
rде и ф нормальное напряжение поврежденной фазы.
Знак минус в выражении (9 7) учитывает, что за положитель..
ное направление токов и напряжений принято направление от
источника питания к месту повреждения. С учетом (9 4) ток замы-
кания на зем.ПЮ в месте повреждения
13 == 3/ О' (9.8)
Токи 10 и [3 совпадают по фазе и отстают от вектора нзпряжения
И ОК на 90<?
Ток [о в обмотках reHepaTopa отсутствует, поскольку нулевая
точка reHepaTopa изолирована и сумма токов, проходящих в фазах
reHepaTopa, равна нулю.
. Замыкаиие на землю через переходное сопротивление (рис. 9-4)а.Напряжение
поврежденной фазы (; А === J r п === (; К' а напряжение в ну левой точке (j н ==
., 3
::;:: E А + и к , т. е. оно оказывается меньшим, чем при металлическом замыка..
нии. Соответственно уменьшаются напряжения неповрежденных фаз относительнО
214
земли, а также токи I() n !з. в емкости поврежденной фазы появляется ток 1 А ==
== U K/ jxc-
В расчетах снижение тока и напряжения нулевой последовательности, обус
J10вленное сопротивлением r п' учитывается коэффициентом полноты замыкания
А == U ОК
IJ U ф J
rде U Ф нормальное значение напряжения поврежденной фазы.
При металлическом замыкании (3 == 1, так как иок == U ф.
При неполном замыкании на
землю и ОК == (3U ф ' ток 10 ==
===(3U ф lх с , а ток
1 з == 3/ о == 3 (3и ф . (9 9)
хс
Поскольку защиты от
замыканий на землю реа.
rируют на составляющие
тока и напряжения IIУЛ
вой последовательности, то
для анализа их работы Be
сьма удобно пользоваться
токораспределением не фазных, а нулевых токов, а для вычисления
значения и ок , 1() и 13 ПРИ1\'Iенять формулы (9 5), (9 6), (9.8) и (9 9).
Компенсированная
С сеть [л. 36]. Рассмотрим
lJ сеть (рис. 9 5, а), ну.пе
вая точка которой за
землена через дуrоrася
щую катушку ДТК,
предназначенную дл я
Компенсации емкостных
токов в месте поврежде
ния.
Пр и замыкании на
землю напр яжения во
всех точках такой сети
имеют те же значения,
что и в сети с изолиро
ванной нулевой точкой.
Под влиянием напря..
жения нулевой последо
вательности U ОК, возни..
кающеrо в месте повре.
ждения, кроме токов l ос ,
'" замыкающихся через ем..
кости С фаз, в каждой фазе появляется ток /(O)L :::= UoKljXL, заI\IЫ"
каЮIЦИЙСЯ через дуrоrасящую катушку.
ТОК /О(!) опережает напряжение U(If{ на 900, ток же /О(С} отстает
от и ОК на 901? Следовательно, фазы токов /ЩL) И /о(С) ПРОТIlВОЛО
Ec
E8
EA
ин -::: + и к
I
,
UC
с
8
А
Рис. 9 4. Однофазное замыкание на землю
через переходное сопротивление r n .
11l
....,
Д /К
I .
5: : +Н
у 111
а)
/O{ 1O(L} .
+90!) .900
. .
UO/(=
10ft!
'ою
10М
:.
ион =
б)
6)
Рис. 9 5. Однофазное заfl2ыкание на землю в
компенсированной сети.
а ПрохождеНllе токов нулевой последовательно..
сти; 6 Н в векторные диаrраммы в месте nовреж"
дення.
215
ложны (рис. 9 5, 6), и поэтому ток 13 В месте повреждения равен
их развости:
/з==3 (/O(L) /о(с». (9 10)
При полной компенсации /0 (L) /о:(с) == о. Иноrда параллельно
дуrоrасяш.ей катушке включается активное сопротивление r 3 (по
}<азаНlIое пунктиром на рис. 9 5). ТОI'да, кроме TOI<OB /О(С) и /O(.L)'
появляется третиЙ ток /o(r) == U ок /r з , совпадающий по фазе с Ио"-
JI сдвинутый на 90 О по отношению к токам / ос и / flL. ТаКИl\I образом,
при наличии сопротивл ения r 3 ток в месте повр еждения:
/3 == V (3/ O(L) 3/ 0 (с»2 + (31 o(r})2. (9 11)
9 2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ
Требования к заш.ите от замыканий на землю в сети с малым током
замыкания на землю существенно отличаются от требований,
предъявляемых к защитам от к. з.
Посколы<у замыкания на землю не вызывают появления CBepx
токов и не искажают величины междуфазных наПРЯ)J{ений, они не
отражаются на питании потребителей и не сопровождаются .пере-
rрузкой оборудования опасными токами. Поэтому в отличие от
к. з. замыкания на зем-пю не требуют немедленной ликвидапии.
Однако отключение замыканий на землю является все же необ
ХОДIIМЫМ, так l<aK в результате тепловоrо воздействия тока замы
кания на землю в месте повреждения возможно повреждение изо
ляции между фазами и переход однофазноrо заl\;lыкания в между
фазное к. з. Помимо Toro, из за перенапряжений, вызываемых за
мыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляпии на
неповрежденных фазах, что приводит К образованию двоЙных за-
и ..
мыкании на землю в разных точках сети.
Как показывает опыт, в КОl\'lпенсированных сетях и сетях с малы-
ми емкостными токами (20 30 а в сети 10 и 6 кв) замыкания на землю
.MorYT оставаться довольно длительное время (порядка 2 ч), не вы-
зывая развития повреждения и не нарушая работы потребите.пей.
Исходя из этоrо в СССР принято выполнять защиту от замы ка-
. пий на землю в сетях с малым током повреждения с действием на
сиrнал.
Получив сиrнал о появлении замыкания на землю, дежурный
персонал принимает меры к переводу наrрузки поврежденной линии
и
на друrои источник питания, разrружает поврежденную линию и
затем отключает ее.
Защиты от замыкания на землю должны быть селективными и
иметь высокую чувствительность. Последнее вызывается тем, что
токи повреждения, на которые реаrирует защита, очень малы
(5 10 а).
Кроме Toro, желательно, чтобы защита от замыканий на землю
реаrировала не только на устойчивые, но также и на неустойчивые
повреждения.
216
Особые ,требования предъявляются к защите от замыканий
на землю А сетях, питающих электродвиrатели торфоразработок
и передвижных установок. Здесь представляет опасность пеJYеход
замыкания на землю одной фазы в двойное заl'лыкание. При двойном
замыкании на землю «шаrовое напряжение» и «напряжение прикос
новения» достиrаюr значений, опасных для людей, обслуживающих
установки. Поэтому для безопасности персонала, ведущеrо доБыIуy
торфа, защита от замыкания на землю в таких сетях должна при
появлении «земли» немедленно отключать поврежденный участок.
Эти защиты должны отличаться о€оБЕН;-lО высокой чувствительно..
стью, так как емкостные токи в сетях, питающих торфоразработки,
обычно имеют величину около O,5 l а.
9 3. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Простейшей защитой от замыканий на землю является общая
н е с е л е к т и в н а я сиrнализация о появлении замыкания на
землю без указания поврежден
А
Horo участка. В
т а кое устройство состоит из r
трех реле минимальноrо напряже
ния (рис. 9 6, а), включенных на
напря}кение фаз относительно зем
-1
ли, или схеl'ЛЫ с одним реле Ha
пряжения (рис. 9 6, б), включен
НЫl\1 на напряжение нулевой после
довательности.
При появлении «земли» 'схемы
дают сиrнал, а затем дежурный
поочередным отключением присое
динений определяет поврежденный
элемент. Указанный способ опре
деления повреждения связан с
кратковременным нарушением пи
тания потребителей, требует MHoro
времени и особенно иеудобен на'
подстанциях без постоянноrо дe
журноrо персонала.
В качестве с е л е к т и в н ы х
защит от замыканий на зем.пю,
указывающих поврежденный уча
сток, применяются токовые и Ha
прав.пенные защиты, реаrирующие
иа токи и мощность нулевой после
довательности [л. 38].
Для обеспечения селективной работы защиты используется раз
личие в величине и направлении токов, появляющихся при замы
кании на землю на поврежденном и неповрежденном присоедине
СU2нал
А
о А
в
с
(J)
А
В
С
.1
..
(j)
Рис. 9 6. Схема неселективной 'сиr..
нализации при замыканиях на
землю.
а с реле минималъноrо напряжения.
включенными и(' на фазные напряже.
иия; 6 с реле напряжения. включен
ным на напряженне нулевой ПОСJJедо
BaTe.rIЪHOCTH.
217
ниях. Реаrируя на это различие, защита должна деЙствовать
только на поврежденном присоединении и не работать на неповреж
денных присоединениях.
Однако токи, возникающие при замыканиях на землю на повреж..
денных и неповре)lщенных элементах, особенно в компенсированной
сети, обладают нсдостаточно четкими и устойчивыми различиями,
u
в связи с чем создание селективнои защиты от замыкании на землю
является сложной задачей, пока еще не имеющей полноценноrо
п подтвержденноrо опытом эксплуатации решения.
В н е к о м п е н с и р о в а н н ы х сетях наиболее простым
решениеl\,{ является применение токовых защит, реаrИРУIОЩИХ на
емкостный ток сети Ioc. Но это оказывается возможным только при
БОЛЬШОl\I числе присоединениЙ, коrда суммарный емкостныЙ ток
сети во MHoro раз превосходит емкостный ток каждоrо присоедине
ния (СМ. 9 5), так как только при этом условии можно обеспечить
требуеl\IУIО селеКТИВН9СТЬ защиты.
В к о м п е н с и р о в а н н ы х сетях емкостный ток основной
частоты (50 2Ц) компенсируется током дуrоrасяшей катушки.
В связи с этим для действия в компенсированной сети защиты
приходится создавать ток искусственным путем или использовать
остаточные (естественные) некомпенсированные токи (например,
активные инеосновных rармоник) или применять защиты, реаrиру
ющие на токи и напряжения, возникающие в переходном режиме
u
в первыи момент повреждения. l
Все известные и применяемые на практике защиты можно под..
разделить на три rруппы:
1) защиты, реаrирующие на токи нулевой последовательности,
создаваемые 11 с к У с с т в е н н ы м путем;
2) защиты, реаrирующие н а у с т а н о в и в ш и е с я о с т a
т о ч н ы е токи, возникающие в поврежденной линии при резонанс
ной компенсации емкостных токов;
3) защиты, реаrирующие н а т о к и пер е х о Д н о r о pe
жима, возникающие в первый момент замыкания на землю.
Ниже в краткой форме рассматриваются основные разновидно
сти защиты каждой из этих rрупп.
9 4. ЗАЩИТЫ, РЕАrИРУЮЩИЕ НА ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫЕ ТОКИ
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
а) Способы получения искусственноrо тока
Одним из способов искусственноrо создания тока является вре..
ыенное нарушение компенсации. момент возникновения ПОI3реж
дения кратковременно (автоматически) отключается дуrоrасяшан
катушка. Под действием eMKocTHoro некомпенсированноrо тока,
проходящеrо по поврежденному присоединению, работает защита,
фиксируя l\-IеСТО повреждения. После истечения времени, достаточ
Horo для действия защиты (1 3 сек), дуrоrасящая катушка также
автоматически включается обратно и компенсация восстанавливает..
218
ся. Нарушение компенсации ухудшает условия rашения дуrи и уп
личивает вероятность развития повреждения, поэтому данный спо
соб н е р е 1\ о м е н Д у е т с я применять.
Вторым способом получения тока, необходимоrо для действия
защиты, является включение активноrо сопротивления r 3 паралле...1Ь
но дуrоrасящей катушке (рис. 9 5) с последующим ero аВТОl\lатиче
ским отключением аналоrично предыдущему случаю. При ЭТО:\1
появляется активный ток, который проходит по поврежденной ли
нии к месту замыкания и используется для действия защиты. В He
поврежденных линиях активный ток определяется активными по
терями данной линии и практически очень мал. Этот способ требует
высоковольтноrо сопротивления и друrой вспомоrательной аппара
туры, появление активноro тока в месте замыкания на зе:\fЛЮ yxyд
шает условия rашения дуrи и способствует развитию повре)кдения.
Поэтому в наСТОs;Iщее время второй способ, так же как и первый,
не применяется.
Третьим способом создания искусственноrо тока является pa
бота с постоянной перекомпенсаuией, при которой ток дт К выби
рается больше eMKocTHoro тока сети.
Избыточный ток 3I OL 3Ioc имеет индуктивный характер и ис
пользуется для действия защиты. Величина избыточноrо тока or
раничивается по условию rашения дуrи и предупреждения развития
повреждения. Для сети 6 10 К8 избыточный ток не дол:жен превы
шать 25 15 а.
Расстройка компенсации, хотя бы и в оrраниченных пределах,
ухудшает условия работы сети и поэтому не является желательным
методом.
Четвертым способом создания тока для действия защиты явля
ется наложение на ток повреждения тока непромышленной частоты
(например, 100 или 25 8Ц), подаваемоrо от специальноrо источника
в цепь дrк. Этот ток замыкается по тому же контуру, что и ток
дуrоrасящей катушки. На появление этоrо тока реаrирует защита.
Частота 100 или 25 сЦ выбрана на основе имеющихся данных
о том, что эти rармоники в естественном емкостном токе отсутствуют.
На этом основана селективность защиты, исключающая работу
защиты на всех присоединениях, кроме повре:жденноrо. При BЫ
сокой чувствительности защиты для ее действия достаточен ток
примерно 3 5 а. Такой ток не ухудшает условий компенсации, и
поэтому данный способ можепl иметь широкое примененuе J если
опыт эксплуатации подтвердит надежность положенносо в основу
есо принципа селективности.
б) Токовая защита, реаrирующая на полный ток нулевой
последовательности
Защита предназначена для радиальных сетей. В неКО lпенсиро
ванной сети она реаrирует на естественный емкостный ток, а в KOM
пенсированной действует от остаточноrо тока пере компенсации (если
219
таковая предусмотрена). Основной трудностью в выполнении pac
сматриваемой защиты является обеспечение необходимой чувстви
тельности при малых значениях тока повре}кдения 10 а и меньше.
На рис. 9 7 показаны два варианта защиты, различающиеся
своей чувствительностью. Реаrирующий opraH защиты состоит из
TOKoBoro реле 1, питающеrося через фильтр нулевой последователь
Ности. В схеме рис. 9 7, а используется трехтрансформаторный
фильтр, рассмотренный в 3 4. В схеме рис. 9 7, 6 в качестве фильт..
ра применен специаль.ный трансформатор тока нулевой последова..
тельности (ТНП) особой конструкции.
В трехтрансформаторном фильтре ток 310 получае1.:СЯ Cy' .'1MIIP9"
ванием, в т о р и ч н ы х т о к о в трех фаз: 31 о -=== 1 а + 1 ь + I с.
Рис. Схема селективной сиrнализации.
а стрехтрансформаторным ФИJ/ЬТРОМ /0; б с трансформато-
ром тока НУ.'1евой последовательности (тнп).
в однотрансформаторном фильтре, выполняемом с помощью
трансформатора тока нулевой последовательности (рис. 9 8), ток
31 о получается .сУ!"lмированием пер в и ч н ы х т о к о в трех
фаз:
310 iA+iB+ic.
Указанное принципиальное различие в способе суммирования
токов трех фаз (вторичных в одном случае и первичных в друrом)
порождает 4Существенные различия в чувствительности защит с
фильтрами 10 первоrо и BToporo типа.
ЗаЩИfnа fnреХfnрансфор.мarпОрНО20 филыnра имеет ряд недостшn..
Koв снижающих ее чувствительноCfnЬ.
1. КОЭффИIlиент тран.сформации трансформаторов тока фильтра,
выбираемый по наrрузке линии, получается большим, вследствие
чеrо вторичные токи при замыкании на землю имеют весьма малую
величину. Так, например, если по току наrрузки коэффициент
трансформации трансформаторов тока п т == 800/5, то при реальном
значении тока замыкания на землю 20 а вторичный ток трансформа..
торов тока будет равен 0,124 а, т. е. очень мал.
2. Токовые реле, реаrирующие на столь малые токи, имеют
большое число витков и значительное сопротивление (примерно
30 40 ом). Такое сопротивление реле соизмеримо с сопротивлением
намаrничивания трансформаторов тока.
220
Вследствие этоrо значительная часть тока ПОВРЕ;ждения OTcacы
вается в трансформаторы тока неповрежденных фаз и теряется на Ha
маrничивание тран форматора тока поврежденной фазы, при этом
в реле попадает лишь 50 €0 % вторичноrо тока замыкания на землю
(в приведенном выше примере этот ток составляет только 0,06 а).
3. Токовое ре.не 1 не должно деЙствовать от токов небаланса,
возникающих при наrрузке и междуфазных к. з., для чеrо прини
мается 1 с.а > I lIб . В рехтрансформаторном фильтре ток небаланса
соrласно (8 7) равен сумме намаrничивающих токов траНСфоР1\IaТО.
ров тока, образующих фильтры ( 8 2), и имеет ве"lИЧИНУ, соизме
римую с величиноЙ вторичноrо тока повреждения.
Совокупность указанныfx причин и обусловливает относительно
низкую чувствительность защиты от замыканий на землю, выпол
ненной с помощью трехтрансформаторноrо фильтра. Первичный
ток срабатывания такой защиты получается не lVLeньше 20 25 0,.
Защита с трансформаmором тока нулевой последовательности
получается значительно чувствительнее.
[лавное пр..еимущество ТНП состоит в значительно меньшем
небалансе и возможности подбора числа витков вторичной обмотки
из условия наибольшей чувствительности защиты без каких либо
оrраничений по наrрузке. В результате этоrо ТНП позволяет обес
печить действие защиты при первичных токах порядка 3 5 а, а при
сочетании ТНП с высокочувствите"lЬНЫМИ реле, чувствительность
заЩИПIJ! повышается до 1 2 а.
Вследствие зтосо схема защиты с Т Н П (рис. 9 7, 6) является
основной для сети с малым током замыкания на землю.
Схема с трехтрансформаторным фильтром находит применение
в воздушных сетях 35 кв, для которых конструкция ТНП еще не
разработана.
Опыт эксплуатации показал, что токовое реле 1 можеПl Henpa
вильно рабртать на неnоврежденных линиях в первый момент по.
вреждения под влиянием бросков токов, nоявляющихс.я в HeycmaHoвив
шемся режиме.
Исключить ложную работу защиты по указанной причине можно
заrрублением защиты по току срабатывания, введением выдеР}f{КИ
времени илIi применением фильтра, не пропускающеrо в реле тока
высших частот, составляющих значительную долю в токе неустановив
шеrося режима. В схеме на рис. 9 7 для отстройки от брОСI{а еl\lКОСТ.
Horo тока предусмотрено реле времени 2. Схемы с ВJ{дючением реле
... через фильтр высокой частоты также применяются. Защита с фильт.
ром выполняется без выдержки времени и поэтому может реаrировать
на кратковременные замыкания на землю.
Действие защиты фиксируется с помощью указательноrо реле 3.
"
в) Принцип работы и устройство тип
Устройство ТНП приведено на рис. 9 8. Маrнитопровод 1, co
'бранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму
221
кольца или прямоуrольника, охватывающеrо все три фазы защищае
мой линии. Провода фаз AI В и C 1 проходящие через отверстие ТНП,
являются первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка
2 располаrается на маrнитопроводе.
1
2р
а) 6)
Рис. 9 8. Трансформатор, тока нулевой последовательности
(ТНП).
а устроЙство; б схема замещения; 1 маrнитопровоД; 2 об.-
мотка; 8 трехфазный силовоЙ кабель.
Токи фаз / А, / в и/с создают в маrнитопроводе соответствующие
маrнитные потоки ФА, Ф в И Ф с ; складьшаясь, они обраЗУIGТ резуль
тирующий поток первичной обмотки:
Фрез == ФА +Фв.+Фс. (9 12)
Если поток Фрез:::f=. О, то во вторичной обмотке появляется
э. д. с. Е2' обусловливающая ток в реле. Каждый маrнитный поток
в выра}кении (9 12) связан с создающим ero током / уравнением
w/
Ф == R m == k/. (9 lЗ)
При одинаковом расположении проводов фаз относительно Mar
нитопровода и вторичной обмотки коэффициент k может считаться
одинаковым для всех фаз. Тоrда
Фре}:::::: ФА + Фв +Ф С == k (i А + i в + j с). (9 I4)
Так как сумма токов фаз j А j в + j с :::= зi О, то можно сказать,
что результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП,
пропорционален составляющей тока нулевой последовательности:
Фрез == kЗ/ о. (9 15)
Поток ФРСЗ t а следовательно, вторичная э. д. с. Е 2 И вторичныЙ
ток /2 MorYT возникнуть только при условии, что сумма токов фаз
не равна нулю, или, иначе rоворя, коrда фазные токи, проходящие
через ТНП, содержат составляющую / о. Поэтому ток в реле Т,
питающемся от ТНП, будет появляться только при замыканиях
на землю.
В режиме наrрузки, трехфазно о и д!3ухфа ноrо к. з. (без замы
l\.ания на землю) сумма токов фаз 1 А + / в + 1 с == О, и поэтому ТОК
в реле отсутствует.
222
Однако практически расположение ПрОБОДОВ фаз относптельно
вторичноЙ обмотки неодинаково. Коэффициент взаимоиндукции фаз
со вторичной обмоткой k имеет различную величину, вследствие чеrо,
несмотря на полный баланс первичных токов, сумма их маrнитных
потоков не равна нулю. Появляется поток небаланса, вызывающиЙ
во вторичной обмотке э. д. с. и ток небаланса.
Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформа
торном фильтре; это объясняется тем, что в последнем суммируются
вторичные токи, которые искажены поrрешностью трансформации
(1 H;J.M) , особенно проявляющейся при насыщении стали, в то время
как в ТНП трансформация тока не влияет на небаланс. В тнп cyr-.1.
мируются маrнитные потоки, и ток
/нб зависит только от несимметрии
расположения фаз первичноrо тока.
Для получения максимальноЙ
чувствительности защиты, питаю
щейся от Т НП, сопротивление об
мотки реле должно равняться co
противлению тнп. Пренебреrая
сопротивлением вторичной обмотк и
Z2 (рис. 9 8, 6), можно выразить
у казанное условие равенством
(9 16 )
Zp :::= ZИ8М.
д
в
с
Но lU2Hl1J1 t
+
РТ
t НJолиро6пно по отношеншtJ
н Воронке н поеля
[ар
9 9. у стзновка ТНП на Ka
беле.
Из эквивалентной схемы тнп
(рис. 9 8, б) видно, что при выпол
нении условия (9 16) вторичный Рис.
ток, поступающий в реле, и ток
иамаrничивания оказываются оди
иаковыми: / нам == / р. Отсюда следует, что поrрешность тнп дo
стиrает примерно 50%. При столь большой поrрешности нельзя
вычислять вторичный ток по первичному, пользуясь коэффициен
том трансформации n т == w 2 /w}.
Для защиты линии тнп выполняются пока только кабельноrо
типа. При необходимости осуществления защиты воздушных линиЙ
делается кабельная вставка, на которой устанавливается тнп.
Для кабельных линий заводы электропромышленности изrотов
JIЯЮТ тнп типа ТЗ с неразъемным сердечником, надеваемым на
кабель до монтажа воронки, и типов ТЗР и тФ с разъемным Mar
иитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находя
щихся в эксплуатации, без снятия кабельноЙ воронки.
При прохождении токов 1 бр по оболочке неповреждепноrо кабеля,
охваченноrо тнп, в реле защиты появляется ток, от KOToporo защи
та может подействовать (рис. 9 9). Опыт эксплуатации показывает,
что через оболочку кабелей (стальную броню и свинец) MorYT про
ходить токи 1 бр, замыкающиеся через землю. Эти токи ПОЯВЛЯlQТся
при замыканиях на землю вблизи кабеля., работе сварочных аппара
ТО6 и в друrих подобных случаях. Прохождение тока 1 бр по броне
223
неповрежденноrо кабеля через ТИП вызывает вторичный ток в ero
обмотке и, как следствие этоrо, неправильное действие защиты.
Для исключения этоrо необходимо компенсировать влияние
токов, которые MorYT проходить по свинuовой оболочке и броне
кабеля. С этой uелью броня и оболочка кабеля на участке от ero
воронки дО ТИП изолируются от земли (рис. 9 9). ЗаземляюшиЙ
провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно
'ТНП. При таком испоЛНении ток, проходяший по броне кабеля,
возвращается по заземляюшему проводу , поэтому маrнитные. потоки
в сердечнике ТИП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются.
С рдечник ТИП должен быть также надежно изолирован от брони
кабеля.
r) Размещение защит в сети
Для определения поврежденноrо участка в радиальных сетях
(рис. 9 lO) токовые защиты устанавливаются на всех линиях каж
доrо радиальноrо направления А и Б. Зашита
устанавливается в начале каждой линии. При
возникновении замыкания на землю (в точке К)
по действию зашиты на питаюшей подстанции
6з определяется то радиальное направление, на
о котором произошло повреждение. Затем осrvют
.....
ром сиrналов зашпт на линиях этоrо направле
ния устанавливается поврежденный участок
Поврежденным является тот участок, на кото.
ром подеЙствовавшая зашита явл яется послед..
ней (Б 2 ). Есл зашиты действуют на отключение,
то для обеспечения селективности время дей..
. сработавшая за сТвия на них подбирается по ступенчатому прин..
щита; О ие подей
ствовавшая защита. ципу, как на максимальных зашитах.
4
"2
О
.:0 61
ЛА
Рис. 9.10. Действие
защиты в сети при
замыкании на зем
ЛЮ.
.
д) Распределение токов нулевой последовательности в сети
при замыканиях на землю
Для уяснения условий работы защиты на рис. 9 11 приведено
распределение токов 10' При замыкании на землю одной из фаз
линии Л 1 (наПРИl\'lер, в точке К) в месте повреждения возникает
напряжение нулевой последовательности и ок , под действием KOTO
poro проходят токи нулевой последовательности 10' замыкаюшиеся
через емкости фаз каждой линии и дrк (если последняя установле..
на). Из рассмотрения приведенноrо токораспределения можно сде..
лать следующие выводы:
1) Емкостный ток нулевой последовательности проходит по BCel\'{
поврежденным и неповреждеН!IЫМ линиям сети. Ток дуrоrасяшеЙ
катушки замыкается только по поврежденной линии Л 1.
2) В неповрежденных линиях Л2 и Л3 через ТИП защиты про..
ходит емкостный ТОК нулевой последовательности (3/ 0 Л2 и 31 IJЛЗ) ,
224
заМЫКaJощейся через емкости фаз Д а н н о й л и н и и СЛ2 И С лз -
Эти токи направлены к шинам, а их величины равны:
3/ 0 Л2 == ЗU ок(J)СЛ2 И 3/ 0лз == ЗU ОК(J)СЛЗ. {9 17)
3) Емкостный то.к, проходящий через ТНП поврежденной линии
Лl, / ТНППОВ.Л, равен с У м м е емкостных TOKQB всех неповрежден...
ных линий или{" иначе rоворя, полному емкостному току сети 3/ оС
за вычетом тока / ОЛ1, замы .
кающеrося через емкость
С Лl поврежденной линии:
1 ТНПI10В.Л == 3/ оС 3/ 0 Лl ==
,
== ЗU OK(J)C:"'" зи ок iu СЛl,
(9 18)
rде С емкость фазы всей
сети.
Этот ток направлен от
шин к месту замыкания,
т. е. противоположен току
в неповрежденных линиях.
При наличии дrк
.. ..
на указанныи емкостныи
ток накладывается индук
u ..
тивныи ток дуrоrасящеи
катушки 3/ 0L == 3UOKlxL
локазанный на рис. 9 11
пунктиром.
В этом случае результирующий ток в ТНП поврежденной линии
Лl равен разности двух токов:
/ тнп СОВ. л == 3/ OL (3/ оС 3/ ЬЛl) . 3 ОК зu OK(J) (С . Сл.). (9 19)
L
Направление рез ультирующеrо тока / ТНП ПОВ.Л зависит от Toro,
какая составляющая (индуктивная или емкостная) преобладает
в нем.
4) Токораспределение показывает, что внекомпенсированной
сети MorYT применяться направленные защиты, реаrирующие на
реактивную мощность нулевой последовательности, обусловленную
емкостным током.
В сети с перекомпенсацией eMKocTHoro тока направленная защи
'1 та реактивной мощности не применима, так как реактивный ток
в поврежденной линии и емкостный в неповрежденной имеют оди..
.
наковое направление.
ЛЗ
'
I
I
I
TX
..J...,
.-
t
.
. f
l З l
Рис. 9 1l. Распределение токов нулевой по--
следовательнасти при однофазном замыка
нии на землю.
е) ТОК срабатывания токовой защиты
Для обеспечения с .t1ективноrо действия защиты (например,
защиты 1 на рис. 9 11) необходимо отстроить ее ток срабатывания
от eMKocTHoro тока, проходящеrо по защищаеМОЙ линии Лl при
8 н. В. ЧерноБРОБОВ
225
замыканиях на зеМЛIО. на друrих присоединениях, и от тока небалан-
са при к. з. В сети. Если емкость фазы защищаемой .пинии равна
С л, то емкостный ток в защпrе при внешнем замыкании на землю pa
вен утроенному току /ол этой линии, т. е. /р == 3/ 0 (л) == 3U ф wС. IJ _
При перемежающейся дyrе в месте повреждения возможны брос
ки eMKocTHoro тока, в 4 5 раз превышающие ero установившееся
значение. Исходя из этоrо, первичный ток срабатывания защиты
принимают равным:
/ с. з == k зап k б 3U ФWС. н (9 20)
rде k б коэфрициент, учитывающий бросок eMKocTHOrO тока,
равный 4 5; при наличии выдержки времени k б 2 ..:;.- 3;
k з8 . п коэффициент запаса, равный 1, 1 1 ,2.
Выбранный, таким образом, ток срабатывания всеrда оказы
вается надежно отстроенным и от токов небаланса, возникаlОЩИХ
в ТНП не только при наrрузке, но И' при r.леждуфазных к. з.
Ч У в с т в и т е л ь н о с т ь защиты при замыканиях на зеr.ллю
на защищаемой линии проверяется по отношению токов, протека
щих через ТНП поврежденной линии, к току срабатывания защиты:
k ч == 1 ТН7ПОВ,л (9 2I)
с.з
В числитель (9 21) подставляется 1 тнп поВ.л. по (9 18) или (9-19).
Чувствительность защиты считается достаточной, если. коэффициент
чувствительности k ч равен 1,25 для кабельных и 1,5 для воздушных
линий.
Вследствие сложности вычисления вторичноrо тока ТНП по
nервичному, реле реrулируется на заданный ток срабатывания по.
дачей тока в первичную цепь.
ж) Оценка токовой защиты
Чувствительность рассмотренной токовой защиты оrраНИЧIIва-
ется необходимостью ее отстройки от бросков eMKoCTHoro тока при
замыканиях на землю на друrих линиях. В результате этоrо для
надежноrо и сеЛel тивноrо действия токовой защиты требуется
увеличение тока замыкания на землю сверх допустимоro предела,
в то время как для повышения надежности работы компенсирован
ных сетей необходимо снижать этот ток. Недостаточная чувствитель-
ность токовых защит, реаrирующих на емкостный ток сети, особен
но проявляется на подстанциях с малым числом линий, а также в
в компенсированных сетях с малым остаточным током. В этих случаях
емкостный ток неповрежденной линии (от KOТOpOro отстраивается
ее защпrа) становится соизмеримым с током замыкания на землю в
поврежденной линии.
В связи с этим токовая защита в компенсированных сетях при
меняется редКо.
В сетях торфоразработок применяется реле типа MTP 77 повы"
шеином чувствительности [л. 40, 41]. Это реле выполнено с помощыо
226
маrнитноrо усилителя и питается от специальноrо ТНП типа
КНТ З6, имеющеrо сердечник из пермаллоя (МО). Реле МТР
в сочетании с трансформатором КНТ действует при 0,3 а первич
Horo тока 3/ о.
3) Защита с использованием токов непромышленной частоты
На рис. 9 12 приведена схема устройства, использующеro ток с частотой
100 2Ц [л. 38].
На сердечнике обычной дуrorасящей катушки 1 помещается дополнительная
обмотка низкоro напряжения 2, включаемая кратковременно через специальный
контактор 3 при появлении напряжения нулевой последовательности. Дополни.
:rельная обмотка 2 замыкается через
однополупериодный выпрямитель 4 на
балластное сопротивление 5.
Нормально в дуrorасящей катуш-
ке тока НеТ. При замыкании на емлю
через катушку ИДет ток, который на..
водит в дополнительной обмотке э. д. С.
Е 2 . С помощью автоматики, реаrИ])ую-
щей на появление и о . контактор 3 за..
мыкает цепь дополнительной обмотки,
в которой при этом возникает ток. Ела.
rодаря однополупериодному выпрями..
rrелю ток в дополнительной обмотке со..
lЦержит значительную составляющую
второй rармоники (100 2Ц).
Наличие последней вызывает п
явлеНИ,е второй rармоники и в пеJr
вичном токе дrк.
. Поскольку ток дуrorасящей ка..
:rушки замыкается через место повреж..
lЦения, то ток второй rармоники появ-
ляетсЯ в ТНП только зазе.'\1Лившейся
линии, обеспечивая селективную сиr
нализацию.
Устройство, реаrирующее на ток второй rармоники (рис. 9 12, 6), с,рстоит из
Q'OKOBOro реле 1, выполненноro на выпрямленном токе. Реле включено на ТНП
через фильтр токов второй rармоники 2. Для токов друrих rармоник фильтр имееl1
большое сопротивление. Поскольку это сопротивление имеет конечную величину,
небольшая Часть тока друrих частот попадает в реле 1. Поэтому для обеспечения
селективности ток срабатывания реле 1 рекомендуется принимать не меньше 10%
eMKocTHoro тока защищаемой линии. Т акая отстройка предупреЖ1J.ает срабатыва.
ние реле при повреждениях на друrих присоединениях.
СIl2Нал
:3
I :
/1 I
f Uj
2
6)
а)
Рис. 9 12. Схема селективной сиrна"
лизации с использованием тока 2 й rap-
моники (с частотой 100 2Ц).
а устройство для получения 2.:й rapMO.
ники тока замыкания на землю; б УСТ.
ро:йство сиrнализации, реаrирующее на ТОК
2.й 5.й rармоник.
и) Направленная защита
В радиальных сетях, коrда собственные емкостные токи отдель..
...
ных присоединении велики и соизмеримы с полным емкостным то..
ком сети, токовая защита неприменима. В этом случае имеется прин.
ципиальная возможность использовать направленные защиты, ко-
торые не требуется отстраивать от собственных емкостных токов
защищаемой линии.
Направленная защита (рис. 9 13) состоит из ОДНоrо реле мощ"
...
насти, которое включается на ток и напряжение нулевои последова.
тельности.
8*
227
в неl{омпеНСИРОБанной сети защита реаrирует на мощность
нулевой последовательности, создаваемую eMI{OCTHblM током линии.
Kal{ следует из токораспределения на рис. 9 11, направление тока,
а следовательно, и мощности на повре)кденной инеповрежденной
линиях ПРОТИВОПОЛОЖНЫ и, следовательно, по знаl{У мощности Ha
правленное реле может определить
пов режденную линию.
Учитывая, что еМI{ОСТНЫЙ TOI{ [о
сдвинут относительно напряжения
на 900, применяют реле мощности
синусноrо типа, реаrирующее на
Sp == ЗU 031 о sin {J)o.
Б ceти работающей с nepeKO)'1
nенсацией е.мкостНО20 тока I Haпpaв
ленная защита Henpи.мeHи.мa тa
как реактивный тOK nроmекающий
в поврежденной линии и e.мKocт
НЫЙ ток в неповрежденной имеют
одинаковое направление.
В I{омпенсированной сети реле мощности используется в тех
случаях, I{оrда для действия защиты создается аl{ТИВНЫЙ ток ис...
кусственным путем. В этом случае должно применяться реле мощ
ности косинусноrо типа.
Для обеспечения селективности при «земле» в сети реле мощно
сти направленной защИТЫ должно отстраиваться от TOI{a и напряже
ния небаланса, обусловленноrо наrРУЗI{ОЙ, протекающей по данной
линии; этим условием оrраничивается чувствительность защиты.
Реле мощности должны иметь ВЫСОI{УЮ чувствительность. При
питании ТОI{ОВОЙ оБМОТI{И реле от ТНП нужно учитывать большую
yr ловую поrрешность последнеrо.
Для правильной работы направленной защиты требуется боль
шая уrловая точность измерительных трансформаторов и caMoro
реле. Опыт ЭI{сплуатации этих защит показывает, что они имеют
относительно БОЛЬШОR ПрОllент неправильной работы.
ЧебоксаРСI{ИЙ элеl{троаппаратный завод начал ВЫПУСI{ направлен
ной защиты типа ззп 1 [л. 40], предназначенной для элеl{тросетей,
питающих торфоразработки. Эта защита имеет уrол маl{симальной
чувствительности, равный 900, выполнена на ПОЛУПРОВОДНИI{ах и об
ладает выIоI{ойй чувствительностью, реаrируя на ток 13 ===0,07 ....;.. 2 а.
3lJo
Рис. 9 13. Принципиальная схема
направленной защиты от замыка
ний на землю.
9 5. ЗАЩИТЫ, РЕАrИРУЮЩИЕ НА ОСТАТОЧНЫЕ ТОКИ КОМПЕНСИРОВАН
НОЙ СЕТИ
Дуrоrасящая катушка I{омпенсирует еМI{ОСТНЫЙ ток ОСНОВНОЙ
частоты (502Ц). Исследования показали, что ток заМЫI{ания на землю
содержит, кроме основноЙ. rармоники, составляющие высших
228
..
rармоник, а также активную составляющую основнои частоты, ко..
торые остаются нескомпенсированными.
А к т и в н а я с о с т а в л я ю Щ а я тока замыкания на землю
обусловливается активным сопротивлением дуrоrасящей катушки
и сопротивлением, определяющим активные потери в сети.
Эта составляющая невелика и достиrает 3 5 % тока катушки.
Активный ток катушки замыкается только по. поврежденному
присоединению на Hero, и должна реаrировать заЩИта.
Защита выполняется с помощью реле мощности, как показано
на рис. 9 13, косинусноrо типа, реаrирующеro'только на активную
составляющую мощности нулевой последо
вательности. Токовая защита реаrирует на
полный ток и поэтому не может действо.
.. ..
вать только от ero активнои составляющеи.
Составляющие высших rap
м о н и к в уста нов ившемся индуктивном
и емкостном токе при замыканиях на землю
вызываются наличием rармонических co
ставляющих в э. д. с. reHepaтopoB и иска
жений, обусловленных нелинейностью Ha
rрузок (rлавным образом силовых транс..
форматоров).
Ток в поврежденном присоединении pa
вен сумме основных и высших rармоник
емкостных токов всех неповрежденных
присоединений, на этот ток накладывается ток дуrоrасящей Ka
тушки, имеющий MHoro rармоник, поэтому результирующий ток 11)
поврежденноrо присоединения содержит значительно больше rap
моник, чем ток внеповрежденных присоединениях.
Основываясь на этом раз,пичии, выполняют токовую. защиту,
реаrирующую на сумму высших rармоник тока 10.
Защита осуществляется с помощью TOKOBoro реле 1 (рис. 9 14),
включенноrо на ток сети через фильтр 2, запирающий путь в реле
токам основной частоты 50 2Ц. .
Состав rармоник и их величина зависят от режима сети, числа
линий и уровня напряжения, что является недостатком, оrраничи
вающИм использование защит, действующих на указанном принципе.
В Советском Союзе применяется защита типов УСЗ 1 и УСЗ 3,
разработанная ВrIИИЭ. Схемы этих защит подробно описаны в
(л. 38, 55]. Опыт эксплуатации показывает, что защита, реаrирующая
на высшие ra рмоники тока 1 о, обладает достаточно хорошей селек..
тивностью и поэтому начинает применяться в сетях 6 1 О К8.
ТНП
Рис. 9.14. Принципиаль
ная схема ТОКОВОЙ защиты
ОТ замыканий на землю,
реаrирующая на ТОКИ
высших rармоник.
9..6. ЗАЩИТЫ, РЕАrИРУЮЩИЕ НА ТОI(И НЕУСТАНОВИВШЕrося РЕЖИМА
К этой rруппе относятся два вида защит. Одни реаrируют на
..
появление т о к а в ы с о к о и ч а с т о т ы, а вторые на
з н а!{ в О л н т о к а ил и соответств ующей ему мощности.
229
т о к и в ы с о к о й ч а с т о т ы возникают во время пере-
ходноrо процесса при заМЫI<аниях на землю. Их появление объяс-
няется тем, что в начальный момент замыкания на землю емкость
заземлившейся фазы разряжается, а еМI<ОСТИ двух друrих фаз до-
заряжаются, поскольку напряжения на них относительно земли воз-
растают до междуфазноrо [л. 37].
У казанный процесс разряда u дозаряда емкостей фаз Hocurп xapaK
тер периодических, затухающих колебаний (рис. 9 15). Частота
колебаний и скорость их затухания опре-
деляются L, С и R зарядноrо и разряд
Horo контуров. Расчеты и опыты показы
вают, что частота переходноrо тока ме-
няется в зависимости от параl\Iетров сети
от 200 до 3 000 сц, а вреl\IЯ ero затухания
очень мало и имеет величину от 0,01 до
0,025 сек.
С некоторым приближением считается,
что отношение максимальных значении
переходныХ токов к их установившимся
t значениям пропорционально отношению
: частот f переходноrо реfКима к рабочеЙ
I частоте 50 сц. Поэтому переходные токи
MoryT в десятки раз превосходить токи уста-
: новившеrося режима.
I На поврежденной линии переходный ток
I имеет максимальное значение. На непо-
I
U врежденных линия х величина этоrо тока
соответственно меньше, а ero направление
противоположно направлению тока в по-
врежденной линии.
Наличие компенсации не влияет на
характер переходноrо проuесса, так как
индуктивность дуrоrасящих I<атушек и за-
земляющих трансформаторов значительно
больше индуктивности проводов, и по-
этому ток дуrоrасящеrо устройства нара-
стает очень медленно и ПОfIвляется после
завершения переходноrо проuесса.
В сетях с большим R n и при удаленных замыканиях, связанных
с увеличением R контура, процесс разряда и заряда может прибли-
жаться к апериодическому, что оrраничивает возможности при-
менения подобных защит. Защита выполняется с помощью быстро
действующих токовых реле, включаемых через фильтр, ПрQпускаю-
щий в реле только токи В IСОКОЙ частоты.
Защита, реаrирующая на величину TOI<a переходноrо периода,
разработанная в Одессаэнерrо [Л.39], показана на рис. 9 lб. Реаrи.
рующее токовое реле должно отличаться особым быстродействием
и реаrировать на кратковременный (импульсный) ток, каким ЯБЛЯ-
Л2
.j:'
Л/
а)
Urp
.........
....
"
"
"
"
6)
8)
Рис. 9 15. ПереходныЙ
процесс при замыкании на
землю.
а схема сети; б кривая
напряжений и о и Uф в Ha
чальнЫй момент замыкания
на землю; в кр ивая изме
Ilения тока 10 в начальнЫй
момент поврежденНЯ.
230
..
ется переходный ток высокой частоты. В схеме на рис. 9 16 исполь
зуется реле типа ЭТ с дополнительной удерживающей обмоткой
постоянноrо тока, с помощью которой сработавшее от импульса
тока реле 1 удерживается в сработанном состоянии, пока не подеЙ
ствует указательное реле 2.
бjА0
I !l ЛI
А 1Io, Jo
Io Реле2 I r;леl .. -
ио + , +
So +
Л2
Рис. 9 16. Принципиальная
схема токовой защиты от за
мыканий на землю, реаrИ 4
'рующей на емкостные токи
nереходноrо процесса.
Рис. 9 17. Знак волн тока, Ha
nряжения и мrновенной мощно..
сти при заrvfыкании на землю.
При н Ц и п Д е й с т в и я з а Щ и т ы, р е а r и р у ю щей
н а в о л н о в ы е про ц е с с ы, основан на появлении в момент
замыкания на землю электромаrнитных волн.
Разряд емкости заземлившейся фазы, происходящий в первый
момент замыкания, характеризуется появлением волн тока и напря..
жения нулевой последовательности, рас..
пространяющихся в обе стороны от места
повреждения (рис. 9 17) по контуру фаза
земля.
Как видно из рис. 9 17, направление
(или знак) тока и мrновенной мощности
в поврежденном и неповрежденных при рис. 9 18. Блок схема
соединениях (относительно шин А) будет устройства }'СЗ I.
различным. Это различие в знаках исполь..
. зуется для выполнения защиты, реаrирую.
щей на знак волны тока или на знак MrHo"
венной мощности на фронте волны. В ка.
честве реаrирующих opraHoB в первом
случае используется реле, сравнивающее
направление тока с направлением напряжения нулевой после..
Довательности (на повр'ежденном элементе они совпадают, а на
неповрежденном различны). Конструкция такой защиты с т и..
ратронным реле разработана и применяется в Одессаэнерrо
(Л. 38].
Во втором случае применяется импульсное реле мошности.
Конструкция подобноrо реле разработана в Энерrетическом инсти..
туте имени r. М. Кржижановскоrо [л. 38]. Во ВНИИЭ разработана
231
Сu нал
1 opraH. реаrирующий и8
переходный процесс; 2 ор--
сан. реаrирующий Н8 выс..
шне сармоннки переходноrо
процесса; 3 лоrнчес"ая
часть схемы.
универсальная защита типа УСЗ 1, состоящая из ЭJ}емента, реаrи
рующеrо на знак мощности 80 переходноrо процесса, и элемента,
реаrирующеrо на высшие rармоники. Такая защита (рис. 9 18)
способна фиксировать установившиеся повреждения и KpaTKOBpe
менные замыкания.
r лава десятая
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ
10-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
На линиях, отходящих от шин электростанций или узловых
подстанций энерrосистем, часто по условиям устойчивости требу
ется обеспечить отключение к. з. в пределах всей защищаемой
линии без выдержки времени (t == О). Это требованйе нельзя выпол
нить с помощью рассмотренных выше MrHoBeHHbIx TOI{OBbIX отсечек,
так, как зона их действия охватывает только часть защищаемой ли
нии. Кроме Toro, отсечки неприменимы на коротких линиях, rде
токи к. з. В начале и конце линии не имеют существенноrо различия.
В этих случаях используются защиты, принцип действия которых
обеспечивает отключение повреждений без выдержки времени
в пределах всей защищаемой линии, в том числе и на линиях малой
протяженности.
К защитам TaKoro типа относятся Д и Ф Ф е р е н ц и а л ь н ы е
з а Щ и т ы. Они обеспечивают MrHoBeHHoe отключение к. з. в лю
бой точке защищаемоrо участка и обладают селективностью при
К. з. за пределами защищаемой линии (внешние к. з.).
Дифференциальные защиты подразделяются на про Д о л ь н ы е .
и поп е р е ч н ы е. Первые служат для защиты как одинарных,
так и параллельных линий, вторые только. параллельных линии.
iI .
10 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ
ЗАЩИТЫ
Принцип действия продольных дифференциальных защит осно-
ван на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищае
мой линии.
Как видно из рис. 10 1, при внешнем к. з. токи 1 J И 111 на концах
линии АВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при .
к. з. на защищаемой линии они направлены в разные стороны и,
как правило, не равны друr друrу 1. Следовательно, сопоставляя
1 Обычно токи, проходящие от сборных шин в линию, считаются положи-
тельными, а к сборным шинам отрицательными. При такой условности токи
по концам линий в режиме внешнеrо к. з. и наrрузки имеют противоположные
знаки, т. е. сдвинуты по фазе на 1800 , а при к. 3. на линии од.инаковые или
совпадают по фазе.
232
величину и фазу токов /1 И /11, можно определять, rде возникло
к. з. на линии или за ее пределами. Такое сравнение токов по
величине и фазе осуществляется в реаrирующем opraHe (реле)
диффереНllиальной защиты.
In
.........
/о
,...J
А
а)
б)
в
Рис. IO I. Токи по концам линии.
а при внешних к. 3.; б при К. 3. на линии.
Для этой цели по концам линии устанавливаются трансформа
торы тока Т/ и Т// (рис. 10 2) с одинаковым коэффициентом TpaHC
формации. Их вторичные обмотки соединяются при помощи соеди..
нительноrо кабеля и подключаются к дифференциальному реле
таким образом, чтобы при внешних к. з. TO В pe.}Ie был равен раз
ности токов в начале и конце линии, т. е. /. /11, а при к. з. на
линии их сумме /1 + /11.
И еются две принципиально различные -схемы дифференциаль
ных защцт: с циркулирующими Т9ками и уравновешенными напря..
жениями.
В схеме с циркулирующими токами (рис. 10 2, а) вторичные
обмотки трансформаторов TOl)a соединяются так, чтобы при внешнем
к. з. ИХ Э. д. с. были направлены последовательно, а токи в соеди
нительных проводах имели одинаковое направление. Дифференци"
альное реле Р включается параллельна вторичным обмоткам транс-
форматоров тока, образуя цепь для замыкания вторичных токов
1 вl И 1 вН.
При к. з. В Н е з а щ и Щ а е м о й л и н и и (рис. 10 2, а),
а также в нормальном режиме первичные токи i I И /1' В начале и в
I{OHne линии равны .по величине и направлены в одну сторону. BTO
ричные токи 1 B1 и /811 каждоrо трансформатора тока замыкаются
через обмотку реле Р и проходят по ней в противоположных направ"
лениях, навстречу друr к друrу. Поэтому ток в реле равен reoMeт..
..
рическои разности вторичных токов, т. е.
i р == i BI i в II. (1 o 1)
или, выражая вторичные токи через первичные, получаем:
. /1 1;' 1
/р== п т1 ....... n ТII · (10-la)
При равенстве коэффициентов трансформаu ии пTI == п т JI == n
и отсутствии поrрешностей в работе трансформаторов тока / в' ==
== / BII вторичные токи, поступающие в обмотку реле, балансируются,
ток /р ;;:=: О и реле не работает. Аналоrичное положение имеет место
и при качаниях. Таким образом, по принципу действия дифференр.и..
альная заIIJ.ита не реаrирует на внешние К. з., токи наrрузки и ка..
233
чаНИfI, поэтому она осyrцествляется без выдержки времени и не долж
на отстраиваться от токов наrрузки и качания. В действительности
(см. 3 1 и 3 2) трансформаторы тока работают с поrрешностью
(рис. lO 2, 6), вследствие этоrо вторичные токи имеют некоторое
различие по величине и по
фазе, а их разность не paB
на нулю. В реле появляется
ток небаланса
При к. з. Н а з а
щищаемой линии
(рис. lO 2, в) первичные
токи /1 и J 11 направлены
от шин подстанции в ли
нию (к месту К. з.). При
этом направление первич
Horo тока на одном из KOH
цОВ линии, по сравнению
с ero направлением при
внешнем к. З., меняется на
противоположное (ток /11
на рис. IO 2, в). COOTBeT
ственно меняется направ
ление вторичноrо тока / BII
В трансформаторе тока на
этом конце линии. Из по
казанноrо на рис. lO 2, в
токораспределения видно,
что вторичные токи /п I И
J IЗ 11 В этом случае проходят
в обмотке реле Р в одном направлении, поэтому тЬк в реле равен их
сумме
/р=-О р
tf
f
и)
[8
/IIQ/t1I
'в/ =;(ЕлJ
Iво=;(Iп)
IH6=jBf &D =iIlQиоiIlUИ/
Ень ='(/л)
/л
,
б)
ti
f1
j
ТВ
j(
. . 10
lк.э: 'Е "-10
8)
Рис. 10 2. Принцип действия дифференциаль
ной защиты.
а ТОКораCl1редеJJеиие при К. 9. вне- защищаемой
.пинии; 6 ток небаланса; в токораСIlределе--
нне при К. в. иа защищаемоЙ линии.
I иб i BI i BII. (10 2)
Для исключения Hece
л ективной работы защиты
при внешних к. з. ток
срабатывания дифферен
циальной защиты должен
превышать максимальное
значение тока небаланса:
/ с. з > / иб. макс' (1 O 2a)
. . . jI i Il j К. 3
I p ::=; I S1 + /вIl + ::=; )
ппп
( 1 O 3)
rде / к.з полный ток к. з., равный сумме токов /1 И /11, притекаlО.
щих к l\leCTY повреждения (к точке К).
234
Под влиянием этоrо тока защита срабатывает. Выра)J{ение (IO 3)
показывает) что дифференциальная заu{иmа peazupyem на полный mою
к. з. I К.з в месте повре::)lCдения, и nоэmому в сеmи l; двусторонним nи
mанием она обладает болbtыей чувстви тел ы.lQсmью, чем токовые
-защиты, реаёИ рующие на ток, проходЯИtИЙ mолько по одному концу
линии. Зона действия защиты охватывает участок линпи) располо
}кенный ме}кду траНСфОРl\lаторами TOI{a 1'1 и Т 1 1.
В схеме с }'равнvвешенным напряжением (рис. lO 3, а) вторпч"
вые обмотки трансформаторов тока соединяются так, чтобы в
условиях внешнеrо к. з. ИХ э. д. с. были направлены встречно,
а реле включается последовательно в цепь соединительных про..
БОДОВ.
При внешних к. З') а также при прохождении токов наrрузки
вторичные э. д. с. трансформаторов тока равны и совпадают по фазе
..!!!!. .
ТО I '/
lZJ
р
а)
о)
Рис. lO 3. Принцип действия дифференциальноЙ защиты на равновесии напря..
жения.
а при вн шних К. з.; 6 при К. 3. на защищаемой линии.
(Ев 1 == Ёв 11), поскольку I1 == 111, а пTI ::::: птIl. Отсюда следует, что
ток
r Е в! ЁBlI o
Jp z ,
rде z полное сопротивление контура «трансформаторы тока
реле».
Поrрешности трансформаторов тока нарушают баланс вторичных
э. д. с. и вызывают появление э. д. с. неба.панса (Ёнб Ё'вI Ев 1I).
Под действием Енб в ре.пе возникает ток небаланса IИб' Так же как
и в схеме с циркулирующими токами, для обеспечения селективно..
сти защиты при внешних к. з. ток срабатывания реле должен пре..
вышать ток небаланса.
При к. з. В зоне защиты (рис. lO 3t 6) вторичные э. д. С. ЕвI И
Ев II складываются и вызывают в реле ток 1 р, под действием которо"
ro оно срабатывает.
В схемах дифференциальных защит находят применение оба
принципа. Ниже рассмотрены дифференциальные защиты, основан..
ные на ПРИllципе циркуляции токов, так как защиты этоro типа
получили распространение в .СССР.
235
10.3. ТОКИ НЕБАЛА НСА В дифф ЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ
Правильный учет тока небаланса в схеме дифференциальной за '
щиты имеет существенное значение, поскольку от ero величины зави
сит ток срабатывания защиты (l0 2a).
В схеме защиты с циркулирующими токами (рис. 10..2, а) ток
I нб == I в 1 I в 11.
Выразив вторичные токи через первичные с учетом поrрешности
трансформаторов тока (см. 3 1), получим:
. ( iI . ) (iI 1 . )
Iнб п; /IHaM \ пT /I1нам ,
rДе 11 нам и i 11 нам токи намаrничивания, отнесенные ко вторичным
обмоткам ТТ.
"
...
tI
........
...а
t::J
I
с
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I/HQN. 46
!zHa.,(CJ Iнб(СJ
10 нам (с)
)01
б;
и}
Рис. 10 4. Характеристика намаrничивания трансформато
ров тока Т/ и Т// на рис. 10 2 и ток небаланса, обус..
ловленный неидентичностью характеристик (а) и xapaKTe
ристики наl\шrничивания трансформаторов тока класса 0,5
и класса Д (б).
1 вторичная э. д. с. Т 1 EIB 7'"" f (l 1 нам); 2 вторичная э. д.с.
Tl/ EliB;:;f(lIIlIaM); 3 lнб==f(Ев или Вт) прн EIB
== Е IIв ; 4 характеристика трансформатора тока класса 0,5;
5 характеристика трансформатора тои:а класса Д.
Так как при внешнем к. 3. 1 J === /11, то
i llб === i IIHaM i IlIaM .
(1 O 4)
Выражение (10 4) показывает, что для уменыпения тока небалан
са необходимо выравнивать токи /1 нам И /11 нам (рис. 10.2, б) по вели
чине и фазе, тоrда их разность будет минимальной.
Ток намаrничивания зависит от маrнитной индукции В или от
вторичной э. д. с. Ев трансформаторов тока (рис. 10..4, а). поскольку
В и Ев пропорциональны.
Из характеристик 1, 2 и 3, привер;енных на рис. 10..4, а, следует,
что ток небаланса будет равен нулю при полной идентичности
(совпадении) характеристик намаrничивания 1 и 2 трансформаторов
тока Т/ и Т// (рис. 10 2, а) и равенстве вторичных э.д.с. Ев.
236
Выполнить эти требования с абсолютной точностью на практике
Ite удается, и поэтому ток небаланса всеrда имеется. Он возрастает
с увеличением маrнитной индукции В, которая в свою очередЬ ПОВЫ
шается при увеличении первичноrо тока / К. 3 И вторичной наrрузки
ZH. Особенно значительно растет Iнб при насыщении трансформато
ров тока, так как при этом резко усиливается различие в токах Ha
маrничивания трансформаторов тока. Поэтому, помимо обеспечения
наибольшей идентичности характеристик намаrничивания, CTpe
мятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнеrо к. з. сердеч
ники трансформаторов тока не .
насыщались. i ln =lm соsшl
Для выполнения этоrо усло 1.0 -
вия используются следующие
пути:
1. Применяются трансформа
торы тока, насыщающиеся при
возможно больших кратностях
..
тока К. з. и вторичнои наrрузки ZH.
Этому требованию наилучшим -1.0
образом удовлетворяют TpaHC
форматоры тока класса Д, специ..
ально изroтовляемые для диффе
ренциальных защит (рис. 10 4, 6).
2. Принимаются меры для
оrраничения величины вторич
ной э. д. с. Ев, от которой зависит маrнитная индукция В (В = Ев).
Чтобы избежать насыщения, как видно из рис. lO 4, а, необходимо
иметь Е в < Е нас. Поскольку
1
Ев == 1 в (ZB + ZH) (ZB +ZH)'
n Т
то для оrраничения Е в необходимо при заданных / К.3 И ZB умень-
шать наrрузку ZH трансформаторов тока и увеличивать их коэфф-и
циент трансформации п т .
Кроме Toro, для выравнивания токов /1 нам И J Il нвм необходимо
выравнивать наrрузку вторичных обмоток трансформаторов тока,
т. е. обеспечивать условие Z1 н ::::; ZllH.
,Б схеме с циркуляцией. токов наrрузку каждоrо трансформато..
ра тока составляет сопротивление соединительных проводов от транс..
форматоров тока до места включения реле. Сопротивление реле 'не
учитывается, так как в УСЛОВйЯХ внешнеrо к. з. ,ток в нем отсутствует.
Сопротивление наrрузок Z]п и Zo н, при которых трансформаторы
тока работают в прямолинейной части характеристики на аrничи"
вания, выбирается по кривым 10% ной поrрешности трансформато--
ров тока.
Токи намаеничuваflия, а вместе с ними и токи небаланса резко
возрастают в первый момент к. з. Как известно, в первый момент
к. з. ток к. з. состоит из периодической /п и апериодической /а
составляющих (рис. lO 5). "
(J}
о (\
\ ,1
I 11
o.5 11 r
, I 1
I
I I I
I J II I
l' 11 1...
. !1 V ' la = --];" ёf.
l'
u r=I:п(СОStlл ёf,)
Рис. lO 5. Периодическая и аперио-
дическая слаrающие тока К. з.
t
се/(
(1 O 5)
231
Каждая состаВЛЯIошая, протекая по первичной обмотке TpaHC
форматора тока, делится на две части: одна трансформируется
во вторичную обмотку, а вторая идет на намаrничивание сердеч..
ника, образуя ток 1 нам, что наrлядно иллюстрируется с помошью
схемы замещения трансформатора тока, показаннон на рис. 10 6.
Скорость изменения апериодической составляющей 1 а ==
== I теОТl значительно меньше скорости изменения переменной
составляющеЙ J п == J msin (oot 90). Поэтому ток 1 а плохо TpaHC
формируется во вторичную uепь и большая ero часть 1 а.нам идет
на намаrничивание сердечника. В результате этоrо трансформатор
тока насыщается, что ухудшает трансформацию периодической
составляющей и повышает долю
этоrо тока 1 п.нам, идущую на
наl\шrничивание. Таким обра
зом, подмаzничиваlОщее действие
ln la
/пВ lа8
r$ -Х$ r H
хн
.хнам
lк.з
а}
/нам
б)
Рис. 10 б. Схема замещения трансформатора тока и распределение пе...
риодическоЙ и апериодической составляющих тока к. з. между ветвями
амаrничивания и вторичной обмотки (а) и кривые тока намаrничивания
и ero составляющих (6).
апериодической составляющей резко увеличивает наМQZничивающие
. токи и токи небаланса в переходном режиме к. З. .
Существенное влияние на увеличение тока небаланса оказывает
так)ке о с т а т о ч н о е н а м а r н и ч и в а н и е сердечников
трансформаторов тока.
Трансформатор тока остается в намаrниченном состоянии,
если проходящий через Hero ток прерывается (отключается) в
момент времени, коrда он и создаваемый им маrнитнЫй поток не
равны нулю. В этом случае в сердечнике трансформатора тока ос...
тается маrниТНЫй поток Фост, который был в нем в момент отключе-
ния тока. Если при последующем к. з. остаточный поток Ф ост сов-
падает по знаку с маrнитным потоком, обусловленным током к. з.
(особенно ero апериодической составляющей), то результирующий
поток, равный их сумме, мо)кет достиrнуть весьма большой величины
и вызвать насыщение маrнитопровода, в результате KOToporo резко
возрастает ток намаrничивания и как следствие этоrо увеличится
ток небаланса.
238
ПОЭТО!\fУ при разработке мер, предупреждающих ложное действие
дифференциальных защит от токов небаланса, необходимо считать
ся с влиянием остаточноrо намаrничивания.
Типичная кривая сквозноrо тока к. з. и тока небаланса в переход':
ном реЖИl\lе к. з. приведена на рис. 1 o 7, а и б. Кривая тока небалан
са Иl\lеет две характерные особенности: во первых, ток / нб достиrает
наибольшеrо значения не в момент максимума первичноrо тока к. з.
(кривая / ), а несколько позже и затухает медленнее тока J к. Bo
вторых, кривая /нб имеет
асимметричный характер и ,
содержит большую апериоди
ческую составляющую [з.нб,
которая в основном опреде
ляет продолжительность за 2
тухания и величину тока / нб
В переХОДНЫЙ период. В этом
мо}кно убедиться, разложив
кривую [нб на ее составляю
щие, как это показано на рис.
1 o 7, 8. Каждая из этих со..
ставляющих является (при
отсутствии насыщения) разно
стью соответствующих токов
намаrничивания трансформа
торов TOKl! защить , посколь..
ку / нб === /IIHaM IIH2M'
В частном случае, коrда
один из трансформаторов тока
дифференциальной защиты pa
ботает без поrрешности (Ha Рис. lO 7. ТОК небаланса в реле при
пример, / Iнзм О), ток неба внеrпних К. 3.
ланса имеет наибольшую вели..
чину и равен току наl\fаrни
чивания BToporo трансформа-
тора тока, т. е. / нб [IIH8M'
В этом предельном случае кривые /нам И /.нбсовпадают, а в общемслу
чае при / [нам И / IIнам > О кривая / нб аналоrична по форме кривой / нзм'
Типичная кривая тока / нам трансформатора в переходный период \
при к. з. С током /к по рис. 10 7, а irриведена на рис. 10-6, б. Как
показано на рис. 10 6, а, при к. з. В сети в ветви намаrничив ния
появляются вынужденные периодические и апериодические токи
намаrничивания: / п.нам И / з.нам. Так как в цепи, содержащей индук
ТIIВНОСТЬ, ток изменяться скачком не может, то в ветви намаrничива-
ния появляются свободные апериодические токи / св.п И / св.з, компен"
сирующие в первый момент времени вынужденные составляющиеi
J П.t!8М И J з.нам'
Диаrрамма вЫНужденных и свободных токов небаланса пока-
зана на рис. lO 7, 8.
а)
""..-vv
о)
lнб
t
t
["
с6. нб
перехоiJнщi J b
I
I
I УстаноВ"в..
U/uисл 1110
б)
а ТОК к. З.; 6 ток небаJlансз: в раЗJIО-
жение I нб на пеРИОl1и еСI{УЮ и апериодиче
скую состаВJ1яющие: Jп.нб==J п.намIl Jп.намJ;
lа.нб == la.HaMII --- J а . нзм l'
239
Свободные токи замыкаются в конту ре вторичной обмотки
(рис. lO 6, а) и затухаl?Т с постоянной времени Т 2 , определяемой
параметрами этоrо контура:
Т LHaM+LB+LH
2 + .
r B r H
РеЗУЛЬТИРУIОЩИЙ ток намаrничивания [нам (рис. 1 0 6, 6) равен
в каждый момент времени алrебраической сумме четырех co
ставляющих: [нам == [п.нам Fcв.п + 1 а.нам 1 св.а. Из рис. 10 6, 6
видно, что веЛичина и время затухания [нам зависят в основном от
свободноrо тока [св.а.
Постоянная времени Т 2 > Т 1 , что И приводит К запаздыванию
нарастания и увеличению продолжительности переходноrо процес..
са в токе намаrничивания. а следовательно, и в токе небаланса.
Из сказанноrо вытекает, что характерные особенности кривой / нб
обусловливаlОТСЯ появлением свободной состаВЛЯlощей в токе
намаrничивания, замыкаlощейся в контуре вторичной обмотки
трансформаторов тока. После затухания апериодических токов
изменение [нб прекращается и ero величина достиrает устаНОВИВIllе
rося значения. Т аким образом, возникновение к. з. сопровождается
переходным процессом как в первичной, так и во вторичной цепи
трансформаторов тока; появляющиеся при этом апериодические св(}о
бодные токи УХУДIllаlОТ работу трансформаторов тока, вызывая повы
IlleHHoe намаrничивание их маrнитопровода. В результате этоrо
в дифференциальной защите во время переходноrо периода возни-
кают ПОВЫIllенные токи небаланса. Точных и удобных для прак"
тики способов расчета тока небаланса пока еще не разработано.
На практике ПОЛЬЗУIОТСЯ приближенными расчетными формулами,
приведенными в «Руководящих указаниях по релейной защите».
В частности, для приближенноrо учета влияния апериодической
составляющей тока к. з. в неустаНОВИВIllемся режиме при выборе
трансформаторов тока вводится коэффициент ka, с учетом KOToporo
т расч == ka/ к.макс/ [HfJM.T.T. Для быстродеЙСТВУIОЩИХ защит t 0,1 сею
принимают ka == 2, для защит с t == 0,1 + 0,3 сек ka =с 1,5 и при
1 сек ka == 1. Такой способ учета влияния апериодическоЙ составля-
ющей является приближ.енным и требует уточнения.
10.4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
ЛИНИЙ
в основе всех разнообразных схем и конструкций дифференци..
альных защит лежат некоторые общие принципы, обусловленные
особенностями условий работы этих защит на линиях. Рассмотрим
основные из н их.
1. В дифференциальных защитах линий трансформаторы тока,
соединяемые в диффереЙциаЛЬНУIО схему, находятся на значитель-
ном расстоянии. Соединительные провода между ними имеют боль-
шое сопротивление и во MHoro раз превышаlОТ допустимые пределы
240
наrрузки самых мощных современных трансформаторов тока. Так,
например, при длине линии 10 км сопротивление одноrо соедини
тельноrо медноrо провода сечением 1,5 мм 2 составляет:
1 1 О 000
r == gs ::::: 57 . 1.5 :=: 130 ом,
в то время как трансформаторы тока допускают наrрузку 1 2 ом.
Это затруднение преодолевается при помощи промежуточных
трансФорматоров тока пт (рис. 10 8, а), которые уменьшают ток
Б соединительных проводах в n п раз и снижают блаrодаря этому
наrрузку соединительных проводов, приведенную к за}l{имам OCHOB
. 2
ных трансформаторов тока, в n п раз.
lп2
Zn Zn n2 I
............I л 2 1/12 ............... 1,
пТ .......... п т
..............lllf==l, Zn
t и т J f l
............... 1,
.............
а) б) в)
Рис. 10 8. Применение промежуточных трансформаторов тока ПТ дЛЯ снижения
наrрузки на осноnные трансформаторы тока в n 2 раз.
а схема включения ПТ; б и в заrруэка трансформаторов тока при иаличии пт и
без Hero.
Покажем это с помощью рис. 10 8, б и в. Мощность, отдаваемая трансформа
OpOM тока в наrрузку,
ST==UTI T .
(l 0 6 )
Напряжение U т зависит от сопротивления соединительных проводов zп и
проходящеrо по ним тока 1 П2' В схеме с промежуточным трансформатором
1 ПIZп 1 TZn
(рис. 10 8, б) и т === lП2 Z П/ n П' но так как lП2== /пl/ n п' то UT== ==fi2"";
п
здеСь учтено, что 1 пl == / то
Подставляя полученное знаЧение и т в (10 6), получаем, что при наличии ПТ
lizп ., Zп
ST == :3 == /т . (10 6a)
n п n п
Если же включить наrрузку zп непосредственно на вторичные зажимы TpaHC
форматора тока (РИС. 10-8, в), то напряжени и т == lTZ", отсюда
ST U т 1 т == /izп. (10 6б)
Из сопоставления (10 6a) и (10 6б) следует, что при промежуточном трансфорw
маторе ПТ наrрузка трансформаторов тока уменьшается n раз.
Указанный способ снижения наrрузки соединительных проводов
используется во всех дифференциальных защитах линий.
2. Дифференциальная защита должна воздействовать на отключе
ние выключателей на обоих концах защищаемой линии. Для ocy
241
ществления этоrо устанавливаются два дифференциальных реле
1 и 2 по ОДНОl\IУ на каждом конце линии (рис. lO 9). Каждое из
этих ре.пе деЙствует на свой выключатель.
Введение в схему BToporo, параллельно включенноrо ре.пе
вносит следующие изменения в условия работы защиты по схеме
с циркуляцией токов:
а) Ток, поступающий от трансформаторов тока ТI и ТI 1, pac
пределяется ме:жду ближним и дальним реле обратно пропорцио
нально сопротивлениям их цепеЙ (рис. 10 9). В контуре дальнеrо реле
участвуют соедините.пьные провода, и поэтому ток, направ.пяющиЙся
в дальнее реле, меньше, чем ток, поступающий в реле, расположен..
ное вблизи данных трансформаторов тока. Так, например, вторич
ный ток трансформаторов тока Т 1 распреде.пяется между реле
+ 1 и 2; при этом ток Ii > I'{;
ана.поrичным образом ток
трансформаторов тока Т 1 1 дe
лится между ре.пе 2 и 1 так,
что /1' > Iil. В результате
этоrо токи, поступающие в
реле, не балансируются, и
поэтому при сквозном к. з.
даже при работе трансформа
торов тока без поrрешностей
в реле 1 появляется ток
Рис. 1 O 9. Схема продольной ифферен.
циальной защиты с устаноI3КОИ реле на небаланса 1 р1 === Ii Ii} ===
обоих концах защищаемой линии. === 1 б. pl' а в реле 2 1 р2 ===
\ == I'il 1'. == 1 б.Р2. Из CKa
занноro следует, что в схеме с двумя реле кроме тока I нб . т . т , BЫ
званноrо поrрешностью трансформаторов тока, возникает допол
нительный ток неба.панса I б, обусловливаемый неравномерныы
распределением вторичных токов трансформаторов тока между
реле. Величина 1 б пропорциональна току К. з. Для уменьшения
1 б необходимо уменьшать сопротивление соединительных прово
дов Zпр: Каждая защита в зависимости от ее чувствительности
имеет предельно допустимое значение Znp. При превышении ero за
щита будет работать неправильно от возросших токов небаланса l' иб.
б) При к. з. В зоне в схеме с одним реле в последнее поступает
сумма вторичных токов трансформаторов тока i р == /1 + i 11 == i к,
а в схеме с двумя реле в каждое из них попадает только часть вторич
Horo тока от первоrо и BToporo трансформаторов тока.
Если сопротивление проводов равно нулю, то ток в каждом
11 /11 /1<
реле /р == 2 +2=== 2" 3 т. е. в 2 раза меньше, чем в схеме с
одним реле. Вс.педствие этоrо чувствительность защиты уменьшается. ·
В дифференциальной защите с уравновешенными напряжениями
установка двух реле не меняет условий работы схемы.
з. Токи небаланса в дифференциальных защитах линий при
сквозных к. з. MorYT достиrать значительных величин не только
....."..
Т/
1о
242
Б переходных режимах, но и в установившихся. Повышенное зна..
чение токов небаланса может обусловливаться большими KpaTHO
стями токов внешнеrо к. з., вынужденной разнотипностью транс..
форматоров тока по концам линии, их значительной заrрузкой,
сопротивлением соединительных проводов и появлением 1 б'
Для отстройки от OKOB. небаланса получили распространение
дифференциальные реле с т о р м о ж е н и е м. Ток срабатывания
у таких реле возрастает с увеличением тока внешнеrо к. з. Это
достиrается механическим или маrнитным торможением, которое
осуществляется от тока к. з.
В качестве примера на рис. 10 10 показано устройство электро.
маrнитноrо Д и Ф Ф е р е н Ц и а л ь. н о r о р е л е с т о р м о з
н ы м Д е й с т в и е м. Реле имеет стальной якорь Я в виде KO
ромысла и два электромаrнита: рабочий Р и тормозной Т. lvloMeHT
от тока в рабочей обмотке действует на замыкание контактов К,
[ер
/МТ \ \
/1 ИЛ Л t:
F,- А J,p
:]T PВ:
Ir. /к
Рис. IO lO. Реле с тормозным
действием.
· Рис. lO ll. Характеристика
J ср реле с тормозным дей
ствием.
Мр == kl1 W . lvlомеит от тока в тормозной обмотке, деЙСТВУIО.
щий на размыкание, н:онтактов реле, М т == k 21iw;. Пружина П
создает момент М п , противодействующий замыканию контактов.
Условием начала работы реле является равенство моментов:
Мр == М Т + м п' Если принять М п == О и выразить моменты через
соответствующие токи, то kl1 W == k21 w;'. Отсюда ток в pa
бочей обмотке, необходимый для срабатывания реле, равен:
1 р == 1 с. р .... 1 k k 2 WT 1 Т k T / то (1 О.. 7)
JI 1 W p
Из выражения (10 7) следует, что тек срабатывания реле 1 с.р
тем больше, чем больше ток в тормозной обмотке 1 т'
Уравнение OO 7) изображается в осях координат прямой линией 1
(рис. 10 11), ее наклон зависит от коэффициента k Тt который назы
вается к о э Ф Ф и ц и е н т о м т о р м о ж е н и я.
Коэффициент торможения зависит от конструктивных особен"
ностей реле (числа витков обмоток W p и W T И др.). С учетом мо"
мента пружины зависимость / с.р == f (1 т) имеет вид rиперболы 2
(рис. 10 11).
На рис. 10.12 показана схема включения .TaKoro реле. Рабочая
обмотка включается дифференциально, а тормозная на ток транс..
форматора тока в рассечку соединительноrо провода. При внешнем
243
К. Э. в рабочей обмотке появляется ток небаланса, а в тормозной
ток к. з., под влиянием последнеrо реле заrрубляется и не действует.
При к. з. В зоне как в тормозной, так и в рабочей обмотке реле
проходит ток к. з. Соотношение витков W p и W T подбирается таким,
чтобы рабочий момент в этом слу
чае превосходил момент М т , блаrо
даря чему реле срабатывает.
В дифференциальных защитах
линий применяются также тормоз
ные реле на выпр ямленном токе
(рис. 10 13t а). Реаrирующий opraH
этих реле выполняется с помощью
поляризованноrо реле J р, имею
Рис. 10 12. Схема ВI{лючения реле щеrо две обмотки: тормозную W T и
С торможением. рабочую W p (рис. 10 13, 6). Обмот
ка W T включается в плечо диффе
ренциальной защиты через выпрямитель Вт, а рабочая обмотка W p
включается на разность сравниваемых токов через выпрямитель Вр
так, чтобы созда аемые ими маrнитные потоки Фт и Фр имели
встречное направление.
Реле срабатывает, если поток Фр больше фт на величину фро,
достаточную для преодоления трения якоря и противодействия
полюса S постоянноrо маrнита. Условие срабатывания реле можно
.....
вт
t
!
lр
Фr.
'7
а) . б)
Рис. 10.13. Дифференциальная защита с тормозным реле
на выпрямленном токе.
й схема защИТЫ; 6 реаrирующий орrаи.
выразить уравнением Фр фт == фро или 1 pW p 1 TW T == 1 poW p ;
разделив обе части последнеrо равенства на W p , получим ток сраба
тывания \
J с. р == 1 р О + :'1 1 т ;:= J р О + k. r J п
р
rде 1 рО ток срабатывания реле при 1 т == о; k T == WT/W p коэф
фициент торможения.
rрафически характеристика срабатывания реле представлена
на рис. 10 11. Наклон прямой зависит от коэффициента k T -
( 1 O 8)
244
Применение реле с тормозным действием повы ает чувствите..1Ь.
ность защиты к к. з. В зоне, что следует из сравнения характеристик
простоrо TOKoBoro реле (прямая 3) и тормозноrо (кривая 2) на рис.
10.11. При к. з. В зоне ток к. З., протекающий в рабочей обмотке
реле, изображается прямой 4. Как видно, ТОрМОЗI-Iое реле срабаты
вает при токе / Кl' меньшем / К2' при котором срабатывает простое
токовое реле.
4. Во всех рассмотренных схемах подразумевалась установка
реле на трех фазах в тех случаях, коrда защита должна реаrировать
на все виды к. з. Для выполнения таких схем необходимо шесть
диффереНllиальных реле и
не менее четырех соедини.
тельных проводов.
Для уменьшения числа
реле и соединительных про.
водов реле включаются че.
ре:з фильтры симметричных
составляющих или сумми.
рующие трансформаторы,
как показано на принци.
пиальной схеме рис. 10 14.
Помимо у)ке paCCMOT
ренных элементов, в этой
схеме предусмdrрены раз.
делительные (изолирую
щие) трансформаторы ИТ,
с помощью которых цепь
соединительноrо кабеля АВ отделяется от цепей реле. Такое раз.
деление исключает появление в цепях реле высоких напряжений,
наводимых в жилах кабеля при протекании токов К. з. по за.
щищаемой линии или возникающих в них по любым друrим при.
чинам.
+
..............
иr А иr
Н I [ 8 ] l' f
лт
Рис. IO 14. Полная принципиальная схема
односистемной дифференциальной защиты
линии.
в н о р м а л ь н о м р е ж и м е Ff при в н е ш н и Х к. 3. по СDCди.
.нительным жилам, цепям промежуточноrо и изолирующеrо трансформаторов и
:тормозным обмоткам реле циркулирует ток, пропорциональный первичному току
'IИНШI, а в рабочих обмотках проходит ток небаланса
1 иб == J иб. Т. Т + J' иб.
При к. 3. Н а л и н и и токи в рабочих обмотках суммируются, и ХОТЯ
в TOp 103HЫX обмотках реле протекает ток К. 3., защита срабатывает, так как дей
ствие рабочей обмотки превосходит противодействие тормозной обмотки реле.
В соединительных проdодах А и В проходит небольшой ток, равный разности
cr'OKOB I 1 J п'
На практике получили распространение защиты с комбиниро.
ванными фильтрами прямой и обратной последовательностей или
прямой и нулевой последовательностей. Ток (или напряжение) на
выходе таких фильтров пропорционален 11 + k/ 2 или /1 + k1o.
245
Составляющая прямой последовательности i 1 имеется при всех
видах к. з.
Слаrающая ki 2 возникает при несимr.летричных повреждениях
(двухфазных и однофазных) и ПОЗВО,,'1яет повысить чувствительность
заlЦИТЫ, увеличивая ток в рел . То же самое достиrается с помощью
слаrаЮlцей ki o , но только при замыканиях на землю. В связи с этим
за последнее время отдается предпочтение ФИ,,1ЬТРУ i 1 + k1 2 . OTe
чественная ПРОI\'Iышленность изrотовляет заlЦИТУ, построенную на
основе изложенных выше принципов, типа ДЗЛ с фильтром i 1 + ki2
Раньше выпускалась Зalцита типа Р ДЛ, имевшая аналоrичное
ИСПО,,'1нение, но с фИЛЬТрО:\tl i 1 + k/o.
IJ 5. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОМ
ВОДОВ
Повреждения ПРОВОДОВ. Повреждение соединительных ПрОlЮдов
может вызвать неправильную работу дифференциальной заlЦИТЫ.
ВОЗ:vIО)КIIЫ обрывы соединительных проводов, короткие замыкания
между ниыи и замыкания на землю одноrо из проводов.
При обрыве соединительноrо провода (рис. 1 o 15, а) весь ток,
поступающий от трансформаторов тока, замыкается через рабочие
обмотки дифференциальных реле. Ток в тормозной и рабочей обмот
ках реле становится одинаковым, вследствие чеrо реле мо:жет cpa
ботать при нормальной наrрузке или сквозном к. з. В зависимости
от ведичины ic.3.
Замыкание между соединительными проводами (рис. 10 15, б)
шунтирует рабочие обмотки реле, блаrодаря чему защита может не
подействовать и отказать в работе при к. з. В зоне.
За lыкание на землю не нарушает токораспреде.пения и не yrpo
жает поэтому непосредственной опасностью неправильноrо дей м
ствия или отказа защи ы. Однако если в жилах соединительноrо
кабеля ПОЯI3ятся э. д. с., наведенные токами вблизи расположен
ных линий электропередачи ( 1 O 6), то создаются УС,,'10ВИЯ дЛЯ
ло:жной работы защиты в режиме наrрузки или внешнеrо к. з.
Устройство контроля. Для повышения надежности защиты ее
снабжают устройством, контролируюш.им исправное СОСТОЯНИе
соединительных проводов. Устройство КОIIТРО,,'1Я может aBTOMaTII
чески выводить заlЦИТУ из действия, разрывая ее цепь отключения
при повреждении соединительных проводов, или подавать сиrнал
о неисправности. Первый способ более надежен.
Получило распространение устройство контроля, основанное
,.,. u U u
на наложе ПIИ на раоочии переменныи ток, протекаЮlЦИИ в coeДII
ните.пьных проводах заlЦИТЫ, непрерывно ЦИРКУЛИРУЮlцеrо KOH
трольноrо постоянноrо тока. Принцип выполнения устройства
показан на рис. 1 o 15, в.
К соедин ительным проводам А и В подводится контрольное
напряжение от выпрямителя В 1 , который питается от трансформа
тора собственных нужд подстанции. Для создания контура для
246
контрольноrо тока вторичные обмотки ИЗОЛИРУЮIIlИХ трансформа.
торов ТИ на обоих концах линии, состоящих из двух секций,
соединяются через конденсатор С З . Конденсатор С З свободно про
пускает переменный ток, но запирает путь постоянному току KOH
троля.
Т I Ток контроля J к, поступающий от BЫ
прямителя В 1 , замыкается через обмотку
t реле р 1, провод А, реле Р2, провод В и воз
8 1"
а)
...........7
С З
/Jf t
А
о)
1i
I
:11
72
Рис. lO 15. Контроль co
единительных ПрОВОДов
односистемной дифферен.
циальной защиты.
а обрыв соединительных
nроводов; б к. з. между
. соединнтеJ1ЬИЫМИ проводами:
в схема контроля; 2 cXe
ма замещения.
...
д
............
GJ
, f
С пр
враlцается в выпрямитель, как показано стрелками на рис. 10 15, в.
Ток контроля не трансформируется в первичные обмотки TpaHC
форматоров т И и поэтому не влияет на работу защиты. Под дей..
ствием этоrо тока якори реле Р 1 и Р2 подтянуты.
При обрыве соединительноrо провода ток контроля исчезает
и оба реле Р 1 и Р2 срабатывают, подавая сиrнал и разрывая опера.
тивную цепь заIIlИТЫ.
При замыкании между проводами А и- В обмотка реле Р2 тун.
тируется. Ток 1 к в реле Р2 исчезает, и реле срабатывает, подавая
сиrнал о неисправности и выключая защиту на CBO \1 конце линии.
Такое Действие контроля допустимо, поскольку при возникновении
247
К. з. ме)кду соединительными проводами автоматическое ОТI<люче..
ние защиты не требуется. Обычно нормальное значение I<ОНТРОЛЬ"
Horo тока / к =:::; 576 .ма, а напря)кения U к =:::; 80 в.
Для сиrнализации о замыкании на землю в соединительных
проводах предусматривается второй выпрямитель В 2 . Он ПОДI<ЛЮ"
чается одним полюсом 1\ соединительным проводам, а вторым
к земле, через заземляющий дроссель Д.
При отсутствии замыкания на земЛю uепь реле Р3 раЗОМI<нута
и оно не работает. В случае нарушения изоляции относительно
земли одноrо из проводов под действием напря)кения и 2 ВОЗНИI<ает
искусственный ток замыкания на землю /3' который проходит через
реле Р3, место повреждения и возвращается в выпрямитель В 2
через землю и дроссель Д. Реле Р3 срабатывает и дает сиrнал. Для
срабатывания Р3 ну)кен ток ПОРЯДI<а 0,8 .ма. В I<ачестве реле Р 1,
Р2, Р3 используются поляризованные реле типа РП 7.
Опыт ЭI<сплуатации подобных схем ПОI<азывает, что они рабо..
тают достаточно надежно и эффеl<ТИВIIО.
Соешшнтельиые провола. Связь между комплектами защнты, расположен
ными на концах защищаемой линии, осуществляется с помощью бронированноrо
кабеля, прокладываемоrо по трассе, обеспечивающей ero сохранность.
В целях удешевления обычно применяется мноrожильный кордельный теле-
фонный кабель типа ТЗБ, ТБ или Т3СБ, используемый одновременно для теле-
фонной связи и телемеханики.
Для обеспечения правильной работы защиты жилы кабеля должны иметь
возможно меньшее сопротивление и небольшую емкостЬ. Первое необходимо для
оrраничения токов небаланса, обусловленных влиянием сопротивления соедини
СЛЬНЫХ проводов ( lO 4), а второе для повышения -чувствительности защиты,
так как емкость между жилами и на землю шунтирует рабочую обмотку Дифферен
циальноrо реле и уменьшает поступающий в нее ток при к. з. иа защищаемой ли-
нин (рис. lO 15, а).
.
10 6. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ ТИПА ДЗЛ
Дифференциальная защита ДЗЛ [л. 43] (рис. 10-16) построена
на таl<ИХ )ке принuипах, l<aK и схема, изображенная на .рис. 19-14.
Она основана на сравнении величины и фазы токов 11 + kl 2 на
концах защищаемой линии. Защита состоит из двух ПОЛУI<омплек"
тов, установленных на I<а)кдой стороне линии и соединенных с по-
мощью двух )кил соединительноrо кабеля. В каждый ПОЛУI<ОМПЛeI<Т
защиты ДЗЛ (рис. 10:16) вхрдят следующие элементы: I<омбини-
рованный фильтр 1 (/1 + kI 2 ), промежуточный трансформатор 2
со стабилизатором напря)кения 3, дифференuиальное реле с тормо-
жением 4, состоящее из пол}!ризованноrо реле Д и питающих ero
выпрямителей 5 и 6, промежуточное реле 7, УI<азательное реле 8
и изолирующий трансформатор 9.
Рассмотрим основные элементы защитЫ.
К Q м б и н и р о в а н н ы й а. к т и в н о . и н Д у к т и в н ы й фильтр
/1 + kI 2 (рис. 1 o 17) с6стоит из трансреактора ТРи llВУХ актиВНЫХ сопротивлений
R 1 и R 2 .
Трансреактор имеет Две первичные обмотки W 1 и Wo И одну вторичную W2.
Обмотка iюl пнтается током фазы В и в), а обмотка Wo ....... током 3/0' при этом об-
248
и otp
1
---_...-_---_.....----...-
JОЩllщоеNОЯ :ина
Рис. 10 16. Принципиальная схема защиты дзл.
мотки включены на питающий их ток разной полярности так, чтобы вторичная
э. . с. траll реактора Е т БЫ.1'Jа пропорциональна ра"Зности намаrничивающих СИЛ:
Wl 1 В wo 3/ 0.
и Ф == Е ф . KOHдeHca op С 1 JI сериесная оБМОТКа реле 7 не показанЫ.
Число витков
1
W o == з W1О
Обозначая сопротивления взаимной индукции между обмотками Щ и W 2 через
Х ф и учитывая, что э. д. с., индуктированная токами J в и 310' отстает от них по
фазе на 900, получаем. что
. . 1 .
Е т ::::= jХфI В j з х ф 31 0 .
'(IO 9)
/А
IAR,
Е т
т
Стальной сердечник тр BЫ
полнен с воздушным зазором и
не насыщается при вторичных
токах к. з. ОТ О до 200 а. Это Ic
позволяет обеспечить необходи
мое для правильной работы
фильтра постоянство ХФ и CTpO
rую пропорциональность между
:rоками, питающими TpaHcpeaK
:rop. И ero вторичной э. д. с. Еу.
Сопротивлеиие R 1 включено
в 'цепь тока 1 А' а R 2 В цепь тока 1 С. Величина этих сопротивлений одина-
кова: R 1 == R 2 == Rф.
Как следует из схемы фильтра,. выходное напр.яжение Е ф на заЖ!Iмах тп
равно rеометрической сумме э. Д. С. Е т , наПряжения IARJ и напряжения Ic R 2' Т. е.
Е ф == Е т + i A R 1 iC R 2- (lO IO)
'8
тр
.
ш,
IC R 2
ЮО
Etp
Н 2
_ п
Рис. 10 17. Комбиниро анный фильтр за..
щиты дзл /1 + k1 2 "
249
Напряжение lc R 2 взято со знаком минус с учетом Toro, что токи 1 А и Тс
в контуре тn направлены встречно. Заменив Е т выражением (10 9), по.пучим окон-
чательно:
Е ф == jl/3х ф + (i А ic) R ф + j 3i o X: .
(10 11)
По выражению (10 11) определим, как зависит Ё ф от симметричных COCTaB
ляющих /11 /2 И 10 ПОЛНЫХ токов, питающИх фильтр. Если допустить, что paCCMaT
I/lI
lА2
Io
lАО Н '
З/ОХО 180 x tp
[С1
18f x tp а) 1а! [В2 t5) . IC2 /coH2 tl)
Рис. 10 18. Векторная диаrрамма /1 + k1 2 .
рпваемый фильтр питаетсЯ токами прямой последовательности, то соrласно (10-11)
Ё ф jХ ф i В1 + (iAl / 1) R ф .
Из диаrраммы фильтра на рис. 10-18, а следует, что i A1 jCl ji/31Y3'
С учетом этоrо
Е ф jХфJ /31 ji в1 R ф уз . ji Вl (Х ф R ф уз).
Принимая ХФ RфV3 == k 1 , получаем, что на выходе фильтра образуется э. д. с.
Е Ф1 === jk 1 i B1 . (10 12)
При питании фильтра токами 12 напряжение на выходе фильтра Ё Ф2 Haxo
дится аналоrичным методом с учетом диаrраммы на рис. 10-18, 6:
Е Ф2 === iхфi /32 + (i А2 i С2) R ф === jХфi В2 + iR ф уз i /32 === ji B2 (Х Ф + VЗ R ф )_
Принимая ХФ + VЗ R ф === k z , получаем:
Ё .k i
ф2 J 2 В2-
Если к фильтру ПОДВОДЯТСЯ токи 10 (рис. 10 18, в), то на основании (10-9)
(10 13)
. . 1 . . .
Е фо === jХфl Во j 3 х Ф 3'0 + (l Ао [со) R ф . (l0 14)
Учитывая, что i Ао == i Bo === [ со ' получаем, что Е фо == о. Следовательно,
:токи 10 не пропускаются данным фильтром. Как следует из схемы и олисания
фильтра, это достиrается встречным включеиием обмоток W 1 и W o трансреактора.
выбранtIЫМ оотношением ИХ витков и встречным включением э. д. с., созданных
:током I A и 'с В выходном контуре тn. С учетом (10 13) (10 12) полная э. д. с.
на выходе фильтра, выраженная через симметричные составляющие l будет равна:
Ё ф === Ё Ф1 + Е Ф2 + Ё фо jk 1 i Вl + jk 2 i 132'
вынося за скобку k 1 и заменЯЯ k 2 /k 1 через k, получаем:
Ё Ф === jk 1 (i 131 + ki /32).
(10-15)
250
Выражение (10 15) показывает, что рассмотренный фильтр Действительно
явлнется комбинированным фильтр.ом пр мой и обратной последовательностей,
э. д. с. KOToporo пропорциональна 1} + k1 2 . Из рис. 10.16 видно, что ток в реле
защиты 4 определяется величиной выходноrо напряжения фильтра и поэтому
/ р:::::::: k' Е ф . Отсюда следует, что и чувствительность защиты ПОЛ)jОСТЬЮ зависит от
величины Е ф . Коэффициент k позволяет повысить влияние токов обратной после.
довательности на величину Е ф . Поэтому при увеличении k повышается чувстви.
тельность защиты к несимметричным к. з.
Величина и знак k зависят от величин ХФ и R ф , В этом нетрудно убедиться,
если за:\lенить k} и их выражением через ХФ и R ф ; тоrда
k ХФ + уз R ф . (10.16)
k 1 ХФ уз R ф
В защите ДЗЛ принято, что Хф < уз R ф , блаrодаря этому коэффициент k
соrласно (10 16) имеет отриuательный знак. Oiрицательное k позволяет получить
лучшую чувствительность защиты (т. е. большее Е ф ) при двухфазном к. з. на
зеI\IЛЮ, чем в случае, коrда k положительно. -
1, ЛТ
..........,...
D
lJ,J,
l,
ТlпT
Z[
а)
о)
Рис. '10 19. Промежуточный трансформатор.
а схема; б характеристика; 1 при отсутствии
стабилизатора; 2 при наличии стабилизатора.
Про 1\1 е ж у т о ч н ы й т р а н с фор м а т о р 2 является ПОнизитель.
ным трансформатором тока. Вторичная обмотка трансформатора имеет ДВе сек.
ции. От одной питается защита, а от второй rазонаполненные стабилизаторы СТl
и СТ2 (рис. 10 19, а). Коэффициент трансформации секции ПТ, питающей реле,
l1 лт === 11/12 == 25.
При некотором определенном напряжении (около 110 в) на вторичной стороне
промежуточноrо трансформатора стабилизаторы зажиrаются. В результате этоrо
наrрузка трансформатора скачкообразно возрастает, трансформатор насыщается,
блаrодаря чему далЬнейшее увеличение вторичноrо напряжения и 2 , а следова
тельно, и тока 12 прекращается (рис. 10 19, 6).
В схеме предусмотрены два стабилизатора. Один работает при положительной
полуволве напряжения, а второй при отрицательной.
Промежуточный трансформатор в сочетании со стабилизаторами выполняет
три весьма важные функции:
1) оrраничивает напряжение на выпрямителях и соединительных проводах
до ДоПустимоro ДJIя них значения при токах к. з.;
2) оrраничивает ток небаланса в дифференциальном реле, поскольку при
больших токах к. з. после зажиrания стабилитронов ток, поступающий в дифферен
Ilиальные реле 4, остается неизменным. В этих условиях работа защиты зависит
практически только от фазы (направления) сравниваемых токов в начале и конце
линии;
3) оrраiшчивает наrрузку на трансформаторы тока. При малых токах (пока
. не сказывается влияние стабилизаторов) наrрузка уменьшается в n;lT раз за сче11
коэффициента трансформации ПТ. После зажиrания стабилизатора рост тока /2
в соеДИlШтельных проводах прекращается.
251
\,
В связи с этим мощность, потребляемая соединитeJ,IЬНЫМИ проводами (1 2'п)
также перестает расти при увеличении тока в лииии.
Д и Ф Ф е р е н Ц и а л ь н о е р е л е 4. В качестве диффереициальноrо реле
с торможением применено поляризованное реле, питающееся выпрямленным то-
ком. Реле устроено так же, как и реле на рис. 10 13, б.
Выпрямитель тормозной обмотки 5 питается током насыщающеrося траНСфоР4
матора, который определяется током к. з. Выпрямитель рабочей обмотки б вклю
чен дифференциально, т. е. на разницу токов в начале и конце линии.
Конденсатор Сl сrлаживает пульсацию выпрямленноrо тока, питающеrо
рабочую обмотку реле, устраняя вибрацию ero контактов. В конструкции реле 4
не предусматривается приспособлений для реrулировки токов срабатывания и
коэффициента торможення. При ОТСУТСТВИИ торможения Ic.p:::::::' 2,5 J.Ш. Время
действия реле равно 0.04 сек.
Про м е ж у т о ч н о е в ы х о Д и о е р е л е 7 имеет шуитовую об-
мотку, в' которую подается ток при срабатывании защиты контактами реле 4,
и серпесную обмотку, включаемую последовательно с катушкой отключения
выключателя, для удерживания реле в сработаином состоянии до отключения
выклЮчателя. Время действия реле 0,02 сек.
И з о л и р у ю Щ и й т р а н с фор м а т о р 9 выполияет две функции:
1) отделяет цепь реле от соединительных проводов, на которых MorYT воз-
иикать повышениые напряжения, наводимые извне;
2) уменьшает ток в соединительных проводах, чтобы дополнительно сиизить
наrрузку от них на трансформаторы тока. Коэффиuиент трансформации траНСфоР4
матора .9 равен 3.
Для уменьшения поrрешности, вносимой изолирующими трансформаторами
при внешнем к. з., И уменьшения отсоса в них при к. з. В зоне параллельно пере
вичной обмотке изолирующеro трансформатора включен конденсатор С 2 . Ero ток
компенснрует I HaM трансформатора 9. Конденсатор С З емкостью 10 J.lф необходнм
Д.пя выполнения устройства контроля исправности соединительных проводов.
у с Т рой с т в о к о н т р о л я. Для предотвращения иеправильной ра-
боты защиты при повреждении соединительных ПРОВОДОВ устанавливается авто-
матическое устройство контроля, выполняемое по принципиальной схеые
(рис. 10 15), рассмотренной в 10 5.
Р а б о т а з а Щ и т ы при в н е ш н и х к. З., Н а r р у з к а х и
к а ч а н и ях. В этих режимах токи иа обоих концах линии и соответствующие
им напряжения на выходе фильтра Е фl и' Е фlI равны по величине и сдвинуты по
фазе на 1800. При ЭТОМ в рабочих обмотках реле протекает разность токов CBoero
и противоположноrо КОНЦОВ, т. е. ток небаланса, а в тормозных ТОК к. з.,
проходящий по линии.'Токи, поступающие в изолирующиЙ трансформатор, сдви-
иуты по фазе на 1800 и циркулируют по соединительным проводам, как показано
стрелками на рис. 10 16. Защита не действует, так как н. с. тормозИЫХ обмоток
превосходит н. с. рабочих.
При п о в р е ж Д е н и я х и а з а Щ и Щ а е м о й л и н и и токи
по ее концам, а следовательно, и напряжения Е фl и Еф[l совпадают по фазе. В ра 4
бочих обмотках реле протекают соrласно направленные токи, которые СУММИ 4
руются. а в тормозных обмотках полные токи 1I и I II соответственно. Блаr0 4
Да ря подобранному соотиошению витков ток в рабочей обмотке преодолевае11
противодействие тормозноrо тока и защита действует на отключение. .
Т о к с р а б а т ы в а н и я з а Щ и т ы. Из выражения (l0 1l) следует,
что веЛИt,Iина тока на входе фильтра, необходимая для создания э. д. с. Еф- :::::::. Ес.р,
достаточной д,,'IЯ срабатывания защиты, зависит от значения ХФ и R ф . Это озна 4
чает, что изменяя ХФ и R ф , можно реrулировать ток срабатывания защиты. СоПр04
тивление ХФ определяется числом витков обмоток фильтра и может изменяться
изменением ВИТКОВ первичной или вторичной обмоток W 1 и W 2 . .
В ДЗЛ предусмотрены три ответвления на обмотке W 1 .фильтра (рис. 10-17).
Соответственно этому можно получить три уставки тока срабатывания, условно
выражае fые в относительных единицах коэффициентом h, имеющим три зиачения:
1; 1,5 и 2. Ток срабатывания h равен 1, коrда включены все виткИ обмотки Wl'
Одновременно с изменением числа витков Wl предусматривается пропорuиональное
252
изменение величины сопротивлений R 1 и R2' так :чтобы изменение ХФ не влияло
H('I коэффициент k.
Реrулирование k осущ ствляется изменением сопротивлений R. и R 2 (неза
висимо от w 1 ), при этом ХФ остается неизменным. Предусмотрены четыре значения
k ( 4, б, 8, 10).
Ток срабатывания защиты при одной и Toii же величине h и k зависит от вида
к. з. и поврежденных' фаз. Это объясняется тем, что в зависимости от характера
.qовр ждения меняются соотношения фазных уrлов и амплитуд составляющих
J] и 12 В полном токе к. з.
В связи с этим величина Е ф , от которой зависит ток в реле, оказывается раз
личной при разных видах повреждений. Оперируя полными токами к. з. иЛи их
симметричными составляющими, можно, пользуясь (10 11) или (10 15) соответ-
ственно, определить значения Е ф для разных случаев к. з.
Относительное изменение веЛИЧИЩ:>I Е ф при разных видах к. з. и одинаковых
значениях токов к. з., питающих фильтр, можно характеризовать коэффициентом
Е Ф (х)
п == Е! 11 J
ф(В)
rде EJ>' (в) э. Д. с. Е ф прн однофазном к. з. на фазе В; Е ф(х) э. д. с. Е ф
при рассматриваемом случае к. з.
Если принять Е фв равной э. д. с., необходимой для действия дифферен-
Ilиальноrо реле, то /с.з(XJ при рассматриваемом виде повреждения будет в n раз
меньше /с.з(в) при к. 3. на фазе В, т. е.
[111
1 с.з(В) ( 1017 )
с. з (Х) п .
Соrласно заводским данным ток срабатывания защиты на входе фильтра при
h == 1, k == 4 и одностороннем питании к. з. на фазе В равен 3,8 а. С учетом
(IQ 17) значения тока срабатывания для друrих значений h и k MorYT быть вычис-
лены по выражению
/ с. з::::: 3,8 h,
n
(1O 18)
rде l/n берется из материалов заводской информации по ДЗЛ или [л. 10)_
В ы б о Р У с т а в о к защиты сводится к выбору коэффициентов k и h,
по которым определяется ток срабатывания защиты (/с-з) при различных видах
к. З., а затем находится коэффициент чувствительности при минимальных значе-
ниях J к . з при повреждениях на линии_
К о э Ф Ф и ц и е н т k выбирается так, чтобы при несимметричных к_ з.
составлuяющая k/ 2 преобладала над /1' обеспечивая величину Е ф , достаточную
ДJIЯ деиствия защиты.
В соответствии с этим исходным для определения k являетсЯ неравенство
kJ 28 '> /IВ' которое можнО преобразовать в равенство, умн{)жив на коэффициент
запаса k3 составляющую J 18-
С учетом этоrо k/ 2B === kзJ 1в , отсюда
J
k==k
3 J .
28
Расчетным ЯВЛ,яется к_ 3'., при OTopO.M отношение /18//28 имеет наибольшее
значение, а уrол сдвиrа фаз между /lB и 128 минимальную величину.
Наихудшие.уrловые соотношения получаются при однофазном к. з. на фазе
В, коrда /IВ == 128' В этом случае Е ф равно арифметической разности / kJ
.. 1 2
И имеет по этои причине наименьшее значение.
Однако за расчетный режим для определения k обычно принимается двухфаз-
ное к. з. на землю на защищаемой линии, так как при этом виде повреждения
crOK 12 значительно меньше /1 по величине, хотя слвиr фаз равен при этом 120°.
253
к о э Ф Ф и ц и е н т h выt5ираетt:Я из УСJroвия, чтобы м. n. с. 1 B W l не вызы-
вала насыщения трансреактора. Если вторичн'ый ток 'К.ЗМИКС < 100 а, то h == 1.
При IК.З> 100, но меньше 150 а, h== 1,5. При IК.З> 150 h== 2.
Вторичный ток срабатывания защиты при одностороннем пита нин К. з. для
разных случаев К. з. вычисляется по формуле (10 18).
.
10-7. ОЦЕНКА ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Принцип действия защиты прост и надежен. Защита не реаrирует
на качания и переrрузки и действует без выдерЖКИ времени при
коротком замыкании в любой точке линии. К недостаткам защиты
следует отнести высокую стоимость соединительноrо кабеля и работ
по ero прокладке, а также возможность ложной работы при повре-
ждении соединительных проводов.
При наличии авто.матическоrо контроля повреждения кабеля
обнаруживаются, как правило, своевременно, и случаи ложной
_ работы защиты по этой причине редки. Защиту следует применять
на коротких линиях в тех случаях, коrДа требуется MrHoBeHHoe
отключение повреждений в пределах всей линии.
Защита получила распространение на линиях 110 и 220 кв дли-
ной до 10 15 КМ.
10-8. ПРИНЦИПДЕЙСТВИЯ И ВИДЫ ПОПЕРЕЧНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ
ЗАЩИТ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Поперечные дифференциальные защиты применяются на парал-
лельных линиях, имеющих одинаковое сопротивление, и основаны
на сравнении величин и фаз токов, протекающих по обеим линиям.
Блаrодаря равенству сопротивлений ли-
ний в нормальном режиме и при внешнем
К. з. токи В них равны по величине и фазе
l (11 == 111) (рис. 1 0 20).
В случае возникновения к. з. на одной
из линий равенство токов нарушается. На
.w питающем конце линии токи. 11 И /11 со-
впадают по фазе, но различаются по'вели-
чине, а на приемном противоположны по
фазе, что следует из токораспределения,
приведенноrо на рис. 10 20, 6. Таким об-
разом, Н5lрушение равенства токов в па-
раллельных линиях по величине или фазе
является признаком повреждения одной
а при нормальной иаrруз- из них.
ке; б при К. з. lIа одной
линии. Поперечные дифференциальные защиты
применяют я двух видов: на параллельных
линиях, включенных под один общий выключатель, т о к о в а я
поперечная дифференциальная защита,. на параллельных линиях
с самостоятельными выключателями н а п р а в л е н н а я попе-
речная дифференциальная защита.
I
fr=fo
а) о)
Рис. 10 20. Распределе
ние токов в параллель
ных линиях.
254
10 9. ТОКОВАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
а) Принцип деиствия защиты
Токовая поперечная дифференциальная защита предназначается
для парал.пе.ТIЬНЫХ линий.с общим выключателем на обе линии.
Прп одностороннем питании параллельных .ТIиний защита YCTa
навливается только со стороны источника питания, а в сети с ДBY
СТОрОННИJlЛ питанием с обеих сторон параллельных линий.
Схема защиты для одной фазы изображена на рис. 10 21. На OДHO
IIменных фазах каждой линии устанавливаются трансформаторы
тока с одинаковым коэ
фициеRТОМ трансформации
пT == nTII == Пр Вторич
вые обмотки трансформа
торов тока соединяются
разноименными зажимами /} *
по схеме с циркуляцией J
токов в соединительных
проводах и параллельно к
ним включается обмотка
TOKoBoro реле 1.
В нормальном режиме
11 при внешнем к. з. (рис.
1 O 21, а) ток в реле
. . . i l i п
Ip == Inl IBIl == .
п т п т
л
1}
* 111
,
J /11
:ЛI
I
J
ло.
11
а)
б)
(1 o 19) Рис. 1 O 21. Принцип деЙствия токовой ПО 4
перечной дифференциальной защиты.
При отсутствии поrреш а режим наrруЗi<И н Бнешнеro К. 3.; б режим
ностеЙ у трансформаторов К. 3. на ОДНОЙ ЛИННИ Л/.
тока 1 р == о и защита не
работает. Следовательно, по своему принципу деЙствия рассматри
ваемая защита не реаrирует на внешние к. з., паrрузку и кача 4
ния. Поэтому ее выполняют без выдержки времени и не отстраи
вают от токов наrрузки. В действительности в реле протекает ток
небаланса 1 нб, вызванный поrрешностью трансформаторов тока
(/;16) и некоторым различием первичных' токов (/ б I1 T/II ).
.
обусловленным неточным равенством сопротивлений линии. Ток
срабатывания реле 1 с.р должен быть больше максимальноrо тока
. небаланса:
1 С. Р > (/ б + 1:6).
(1 O 20)
в случае повреждения одной из параллельных линий, напри-
мер /11 (рис. ] O 2 1, 6), ток 11 В поврежденной линии становится
больше TOI{a во второй линии (/1 > 111), Баланс ТОl{ОВ в дифферен
255
.:.'
циальном реле нарушается, и в ре.пе появляется ток
. J ' j 1 i ll
Jp I81 8Н==. (IO 21)
n Т
При токе в реле Ip> Ic.p защита действует и отключает общий
выключатель обеих линий.
При удалении точки к. з. К от места установки защиты
(рис. 1 O 22, а) соотношение токов 11 И 111 по поврежденной и непо
врежденной линиям изменяется. Эти токи направляются к. точке К
по BYM паралл льным ветвям и распределяются по ним обратно
пропорционально их сопро
тивлениям ZI и ZII:
/1 ZIt
T == ,
rде ZI === Zл ZBK, а ZJJ
< :::::;:; Zл + ZBI(.
2 . При перемещении точки К
I z(t) В сторону подстанции В со--
противление Zl растет, а 211
"'
снижается, соответственно
этому 11 уменьшается, 111 уве--
личивает я, а ток в реле за
щиты Ip === 1 I 1 I1 посте-
пенно понижается и при к. з.
на шинах В становится paB
ным нулю (рис. lO 22, б).
В результате этоrо, при по-
в реждениях на некотором
участке вблизи подстанции В
(рис. lO 22, а и б) ток 1 р OKa
зывается меньше тока сраба
Рис. lO 22. «Мертвая зона» токовой попе тывания защиты 1 с.з и она
речноЙ дифференциальной защиты.
перестает работать. rраницей
u
деиствия защиты является точ"
I\a К.з., отстоящая от шин про
тивоположной подстанции В
на расстоянии т, [де Ip === Ic.3 (рис. lO 22, б). Таким образом, за..
щита, реаrирующая на разность токов паралле.пьных линий 1 1 111,
, u u u u
не может охватить своеи зонои деиствия защищаемых линии пол..
ностью.
Часть линий вблизи шин противополЬжной подстанции не OXBa
u ..
тывается защитои из за недостаточнои величины тока в реле, вслед"
ствие уменьшения различия в величине токов 1 1 1 II, на разность
которых реаrирует защита.
б) Мертвая зона защиты
I
10
ч
[к
Ip =ll 'n
/
........
[",3
А
1"
...........
A
ZBIf
Z /f
Il K J
(IOK J
а)
2 п и l.п сопротивление и длина линии;
2АК 11 ZBK сопротивление от шии А и В
ДО точки К. 3. К.
256
Участок т линий при к. З. в пределах KOfrlOpoio ток в защите
недосmаfrlОчен для ее срабаmывания, назblваеlпся мертвой зоной
защиты.
Наличие мертвой зоны является существенным недостатком
поперечной дифференциальной защиты. Для отключения к. з.
В !\lертвой зоне требуется дополнительная защита.
Д л и н а м е р т в о й з о н ы m определяется на основе сле..
дующих соображений. Токи по линиям Л 1 и Л II (рис. 1 0 22) об..
ратно пропорциональны сопротивлениям или длинам ветвей от
шин, rде установлена защита, до точки к. з. При К. з. на rранице
мертвой зоны в точке lИ
/1 1 + т
III l m'
rде 1 длина линиЙ.
Преобразуя это выражение, найдем: m (/1 + I н ) =='1 (/1 111).
Учитывая, что 11 + / IJ == I к И что при к. з. на rранице мертвой
зоны ток в реле равен 1 1 1 I! == 1 с.з, получаем:
m/ K ===IIC.8' "
т === 1;. з 1.
к
Для упрощения расчета мертвой зоны ток / к определяется при
К. з. на шинах противоположной подстанции, а не на rранице
мертвой зоны.
Защиту принято считать эффективной, если мертвая зона ее
не превосходит 10%.
При опlключении одной из па..
раллельных линий поперечная диф +
ференциальная защита превра..
щается в меновенную макси.маль"
ную защиту осmавшейся в работе
линuи и дейсmвуеfrl Н-еселекmивно.
Поэтому при отключении одной
линии поперечная дифференциаль
ная защиfrlа дол сна вЫ80диmься из
деЙСfrlвия.
.,
откуда длина мертвои зоны
в) Схема защиты
(10..22)
От iJоnолнител6НО&
за ILтlJ/
РН
Рис. lO 23. Схема цепей постоян
Horo тока токовой двухфазной по-
перечной дифференциальной за
щиты.
т А. Т В токовые реле, включенные
в фазы А и В; Р П лромежуточное
реле; Р У уквзэтельное реле; О У
от[{лючающее устройство; Б 1 н Б J 1
блок .контаКТh1 разъсдиннтелеЙ перВОЙ
и второЙ линии; Б блок контакт в
цепи отклlOЧ ающей катушки КО.
в сетях с малым -током зar\1Ы
кания на землю защита выполняет
ся на двух фазах. В сетях с большим током замыкания на землю
заЩ,ита устанавливается на трех фазах. В этом случае трансфор..
маторы тока на каждой линии соединяются по схеме ПОJIНОЙ звезды
с нулевым проводом.
Для отключения защиты пр и отключении одноЙ из паралле.:1ЬНЫХ
линий устанавливается отключающее ус:rройство (ОУ, рис. lО 2З).
.
.
9 н. В. Чернобров"в
257
В дополнение к О J{лючающему устроЙству можно предусматривать
автоматическое отключение защиты посредством блок контактов
Б r и Ба на разъ динителях. При отключении одноrо из разъеди
ните rrеЙ ero б.пок контакт разрывает цепь, по котороЙ подается
плюс к защите.
Оценка защиты.. Токовая поперечная дифференциальная защита
относится к числу простых и наде:жных. Важным достоинством ее
является быстродеЙствие. Защита не реаrирует на токи качания.
Недостатками заrциты являются наличие мертвоЙ зоны и необ
.,
ходимость отключения защиты при выключении однои параллель
ной линии.
Кроме поперечной дифференциальноЙ защиты, на параЛ.ilе.пьных
линиях необходимо предусматривать дополнительную защиту,
., u
деиствующую при к. з. на шинах противоположнои подстанции,
в мертвой зоне, а также при выводе из работы одноЙ линии.
10 10. НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
а) Принцип действия
Направленная поперечная дифференциальная защита приме..
няется на параллельных линиях с самостоятельными выключателями
на каждоЙ линии (рис. lO 24). К защите таких линий предъявляется
требование отключать только ту из двух линиЙ, которая повре..
дилась. Для выполнения этоrо требования токовая поперечная
дифференциальная защита дополняется реле направления мощности
двустороннеrо деЙствия (рис. lO 24) или двуr\''1Я реле направления
u
мощности одностороннеrо деистuия, каждое из которых предназна
.,
чается для ОТI<:лючения только однои линии.
Упрощенная принципиальная схема одноЙ фазы защиты даНа на
рис.. lO 24.
Токовые цепи защиты выполняются так же, как и у токовой
поперечноЙ дифференциальноЙ защиты (см. lO 9). Токовые об..
мотки реле мощности 2 и TOKOBoro реле 1 соединяются последова..
тельно и включаются параллельно вторичным обмоткам трансфор
.,
маторов тока на разность токов параллельных линии, т. е. так,
чтобы ток в реле Ip === 11 /11. Токовые реле 1 выполняют функцип
ПУСI<ОВЫХ реле защиты. PeJIe направления мощности 2 служат для
выявления поврежденной линиll.
Напряжение к реле подводится от трансформатора напряжения
шин подстанции. ОперативныЙ ток к защите подается через блок"
контакты выключателей Б I И Б II, назначение которых поясняется
ниже.
Ilри срабатывании пусковоrо реле 1 плюс постоянноrо тока
подводится к реле направления мощности 2. Последнее замыкает
верхниЙ или нижниЙ контакт, в зависимости от Toro, какая из
двух линии повреждена. От I{OHTaKTa К 1 подается импульс на отклю
чение выключате.,'IЯ линии Л /, а ОТ контакта К 2 линии Л 1/.
258
Для двустороннеrо отключения поврежденной линии защита ycra..
Шlвливается с обеих сторон параллельных линий.
Рассмотрим поведение защиты при к. з., наrрузке и качаниях.
Внешние К. з. При внешних к. 3. (точка К на рис. 10 24), а
также при наrрузке и качаниях первичные токи /1 и /11 равны по
ве.,1Jичине и совпадают по направлению (СМ. 10.9) на обоих концах
линиЙ.
Вторичные токи 1 BI И /вIl (рис. 10 24) направлены в цепи 061\10--
ток ре.пе навстречу друr друrу, поэтому ток в реле /р =::: /вl l ВII "
- При равенстве 111 и IlII И
идеальной работе TpaHC
форматоров тока / Вl ::::::
== 1 вll, а / р =:::::; О. Это 03Ha
чает, что при внешних
К. з., наrрузке и качаниях
раССI\.штриваемая защита
(как и ТIю6ая друrая диф.
ференциальная защита) не
действует.
Однако вследствие по..
rрешности трансформато.
ров тока и HeKOToporo He
равенства сопротивлений
линий вторичные токи J BI
И 1 вВ несколько различа..
ются по величине и фазе,
в результате чеrо в реле
появ-пяется ток неба.панса
1 р =::: l нб ,
Для исключения ра..
боты защиты при внешних
К. з. ее ток срабатывания
до.пжен удовлетворять ус..
ловию J С.3 > / ибо.
Короткое замыкание на
параллельных линиях (Л/и
Л//). На рис. lO 25, а и 6 показано распределение первичных и
вторичных токов при к. з. на линии Л/ и Л//.
Н а п и т а ю Щ е м к о н ц е (подстанция А) в случае повре
ждения на линии Л/ или ЛJ / первичные токи /1 и /11 имеют одина..
ковое направление. При этом, как видно из рис. 10 25, вторичные
ТQКИ в защите питающеrо конца направлены в об:vютках реле
встречно, и поэтому ток
ПllтОlfU8
1/1
l& .
....н Н
t
'вв 1<
ЛОI
I
I
It
ттд
-:
ЛJ
В;;
94
/(fr
Рис. lO 24. Упрощенная схема и принпип
Действия направленной поперечной диффе
ренциа.i'IЬНОЙ защиты пара.'-'I..rzсльных линий.
/р == /п] 1 вВ.
(10..22а)
Токи /1 И / II различаются по величине, в поврежденной линии
ток всеrда больше. чем в неповрежденной, так как СОПРОТlIв.ri"ение
от шин А до !очки к. з. К для тока повре}I{денной линии меньше,
9*
259
чем для неповрежденноiI. Поэтому разность (/81 1811) > о, и при
к. з. на любой из двух линий в реле появляется ток. Направление
и знак этоrо тока зависят от Toro, какая лин.ия повреждена.
При к. з. на Л/ (рис. 10 25, а) /81> /811, ток /р направлен
в сторону большоrо тока, KOTOpbIl\-1 является вторичный ток повреж
денной линии 181. Соrласно (10 22a) ток Ip имеет положитель
ный знак.
При к. з. на Л // (рис. lO 25t 6) /811 > /8ft В отличпе от преды
душеrо случая ток /р соrласно (10 22a) имеет отрицательный знак
и направлен в сторону ,боль
шоrо тока, т. е. тока повреж
денной линии /811.
На приемном конце
В первичные токи 1 ( и /11 имеют
противоположные направления.
На поврежденной линии ток
идет от шин подстанции В, а на
неповрежденной к шинам В (см.
рис. 10 25, а и 6). В COOTBeT
ствии с этим ток в реле на
приемном конце равен:
/ р == /81 + l 1iIIt (1 О 22б)
как э о следует из токораспре
делениЙ на рис. 10 25, а и б.
Знак тока, 1 р зависит от Toro,
какая линия повреждеl!а: Л / И 'iИ
Л//. При к. з. на Л/ ток к. з.
идет к месту повреждения (точ
ке к) из линии Л/ J' в .линию Л/
(рис. 10 26, а). В соответствии
с этим ток в реле / р (рис.
lO 25t Щ будет, так же как и на питающем конце, поло)кительным,
совпадая по знаку со ВТОРИЧНЬВf током поврежденной линии Л/.
В случае повреЖДi НИЯ на Л // направление первичноrо тока
к. з. ИЗ!\fенится, он будет идти' из линии Л 1 в линию Л //, rде Haxo
дится повреждение (рис. 10 25, 6). Соответственно изменится направ
ление вторичных токов и тока 1 Р' знак KOToporo станет отрица
тельным.
Из сказанноrо следует, что при к. ЗА на любой llЗ параллеЛЬНblХ
линий в поперечноЙ направленной дифференциальной заu{ите по..
являеПIСЯ ток 1 r u она приходиПl в действие. При к. з. на Л/ток / р
и.мееПl положительное направление, а при fzosреждении Л /1 Haпpaв
лен в обраtпную сторону.
Поскольку ток в поляризующей цепи реле мощности, питаемой
напря}кением шин, в обоих случаях имеет одинаковое направление,
то знак мощности Sp на зажимах реле направления мощности при
к. з. на Л/и на J7// будет различным.
и)
А
в
.......
6')
Рис. 1 0 25. Токораспределения в попе
речной дифференuиальной защите при
К. з.
а на Л 1; 6 на Л 1/.
260
л
в
Для большей наrлядности на рис. 10 26 приведены векторные
диаrраммы тока /р и напряжения Ир, подводимых к реле мощности
При построении диаrрамм принято, что положительные токи
отt:rают от Ир на уrол СРр == ср, а отрицательные сдвинуты на уrол
!Рр == ср + 180 Р . -
ЕС 1JИ при к. з. на Л/ (рис. 10 26, а и б) мощность на реле была
положительна, то при повреждении на Л/ / (рис. 1 0 26, в и 2) знак
МOI.Цности изменится на обратный за счет ИЗl\lенения фазы тока / р
на 180 О .
Поэтому если в первом
случае реле мощности замы
K eT контакт Klt разрешая
защите подействовать на OT
к,пючение поврежденной ли
нии Л J, то во втором случае 1 .
реле мощности замкнет кон. и
такт К 2 и разрешит отклю
чение линии Л/ / (рис. lO 24).
Пр и наличии источников
питания на приемной стороне
характер распределения пер
вичных токов, показанный на
рис. 10 25t не меняется, и
поэтому поведение защиты 10
будет аналоrичным.
Таким образом. при к. з. Рис. 10.26. Векторные диаrраммы Ир и ip
на одной .из паралле.пьных на реле мощности.
линий под действием тока / р
срабатывают пусковые реле
защиты, подводя оператив
ный ток К реле направдения
мощности. Последнее по знаку Sp определяет поврежденную линию
и З:1мыкаеТ llепь отключения ее выключателя.
Аnтоматическая блокировка зап иты. Оперативная цепь защиты
заводится последовательно через блок контакты Б 1 и ЕII выклю-
чателей линий Л/и Л/ / (рис. 10 24).
При отключении выключателя блок контакт размыкает опера
тивную цепь и автоматически выводит из действия защиту. Такое
выполнение оперативной цепи необходимо для правильной работы
заи иты в следующих двух случаях:
1. Если при к. з. на линии, например Л/ (рис. lO 24), выключа .
те,пь В 1 отключится раньше выключателя 8з, то реде мощности
защиты подстанции А под действием тока к. з., направляющеrося
к месту повреждения по линии Л/ /, разрешит защите подстан
иии А отключить неповрежденную линию Л/ J. TaI{Oe неправидьное
действие защиты предотвращается посреДСТВО!\1f БЛОК l{онтакта Б 1 ,
автоматически размыкающеrо оперативную цепь защиты пр и ОТКЛЮ
чении выключателя В 1 (рис. 10 24).
ир
и р . . .
/P= +ln
1 10
I
БJ
[/
IIp
ир
1,
i p =i,l-/ о
е)
d)
а при К. 3. на Л J на питающем конце:
6 то же на приемном конце; 8 при к. з. на
Л J J на питающем конце; ;: то же на при
eMHO 1 Iюнuе.
261
Непременным условием надежности блокировки является pery"
лировка блок контактов так, чтобы получить tбл < t от]{лючения
выключателя.
2.. При отключении одной И3 линий защита превращается в MrHo"
венную направленную защиту. Она может неправильно работать
при внешних к. 3. И поэтому Д9лжна выводиться из деЙствия.
Это осущ ствляется с помощьrо блок контактов, СНlЛ\Iающи л
плюс с защиты при отключении выключателя линии.
При отключении одной из линий с противоположной стороны
(например, на подстанции В) автоматическая блокировка на защите
подстанции А не действует; в этом случае защита должна отклю
чаться вручную отключающими устройствами 5 и 6 (рис. 10 24).
Состояние блок контактов контролируется лампой 7 (рис. 10 24),
которая rорит, если контакты Е! и Е н замкнуты.
Зона каскадноrо действия.
В 1 0 9, 6 было показаfIО. что
разница токов в параллельных
линиях / [ /1I уменьшается при
удалении точки к. з. от места
установки защиты (см. рис.
10 22, 6). В результате этоrо Ha
правленная поперечная диф ..
ренциальная защита, так же как
и токовая дифференциальная
защита, Иl\'1еет ({мертвую зону» ,п
(рис. 10 27). Однако после от..
u U
ключения поврежденнои линии с противоположнои стороны не
работавшая до этоrо защита приходит в действие и отключает по
врежденную линию. Так, например, при к. 3. на Л/в точке К
вблизи шин подстаНllИИ В защита А не работает, так как
I р < / С.З'
После отключения поврежденной линии Л/со стороны подстан"
ции В (rде ток / р достаточен для надежноrо действия поперечной
дифференциальной защиты В) весь ток /'\.3 направится от под
станции А к месту пьвреждения К по Л 1. В этом случае /l == / К.3'
/11 О, а ток в пусковых реле защиты А резко возрастает / р ==
== 1 1 /1 [ == /1\.3 И становится больше / С.3'
. Пусковые реле защиты А срабатывают, opraH направления мощ"
ности выбирает поврежденную линию Л/, и защита деЙствует на ее
отключение.
При к. 3. вблизи шин подстаНllИИ А, отключение поврежденной
линии происходит аналоrично: сначала работает БЛI:IЖНЯЯ к месту
К. з. заlдита А, а затем защита В.
Т акое поочередное действие защит называется к а с к а Д н ы м,
а зона (тА и тв), в пределах которой направленная дифференциаль
иая защита не деЙ.ствует, пока поврежденная линия не отключится
с противоположной стороны, называется 3 о Н О Й к а с к а Д н о r о
Д е й ст в И Я защиты.
,
l
Рис. 10 27. Зона каскадноrо действия
направленной поперечной дифферен.
циальной защиты.
262
".
Зона каскадноrо действия определяется на основе таких же
<:оображений как и мертвая зона по выражению (10 22). При
KQckaaHO.A-t действии ЗQщиты полное время отключения К. з. yдвaи
ваетСЯ 1 что являепlСЯ недостатком защитЫ 1 поэтому зону каскад.
...
Horo деиствия стремятся сократить, для чеrо следует YMeHЬ
шать 1 С.З.
Мертвая зона по напряжению. при к. з. вблизи места установки
защиты остаточное напряжение, подводимое к зажимам реле. мощ
ности, очень мало, а при к. з. У шин подстанции оно равно ну.тIю.
В этом случае мощность на зажимах реле направления мощности
оказывается недостаточной для ero действия и защита отказывает
в работе. Таким образом, направленная поперечная дифферен
циальная защита имеет мертвую зону по напряжению. Величина
JlлертвоЙ зоны невелика, она
определяется расчетом, как
указано в 7 7.
Работа защиты при обрыве
n:ровода линии с OДHOCTOpOH
ним заземлением. На рис.
1 O 28 показано протекание
тока к. з. при обрыве одноrо
провода линии и заземлении
ef'o с одной из сторон. Ha
правленная поперечная диф
ференциальная защита А под
действием тока в линии. Л 1 отключает поврежденную линию.
Одновременно от тока к. з. в линии Л 11 срабатывает защита В
и неправильно отключает неповрежденную линию Л 11. T CTpaHe
ние этоrо недостаТJ<а защиты требует усложнения cxeMtI. Опыт
эксплуатации показывает, что рассмотренный вид повреждения
бывает редко, поэтому специальных мер к устранению непра-
вильной работы защиты обычно не применяют.
...........
ли
.......... 8,,
Л/
8]
. О/ст.О
Рис. IO 28. Неправилыюе действие Ha
пр вленной поперечной дифференциаль
нои защиты при обрыве ОДноrо провода
с односторонним заземлением.
"
б) Схемы направленной поперечной дифференциальной
защиты
CXel\lbI защиты выполняются с учетом следующих общих поло
жений:
1. )'рансформаторы тока на каждой линии соединяются по
схеме полной звезды для трехфазных защит и по схеме неполной
звезды д.ня двухфазных.
2. Реле мощности включается на ток и напряжение по типовым
СХемаl\" -t обеспечивающим наивыrоднеЙПIие условия для их работы
(по 90"r у адусной схеме при реле мощности смеПIанноrо типа).
3. Пуск защиты производится пофазно. При каскадном отклю
чении поврежденной линии (рис. 1 O 27) реле мощности под дей
ствием токов наrрузки неповрежденных фаз здоровой линии Л I!
MorYT замкнуть цепь на отключение этой линии. При пофазно:\.f
263
пуске реле мощности, включенные на ток неповрежденных фаз, не
получают оперативноrо тока и не Сl\юrут вследствие этоrо подей
ствовать на отключение.
4. Защита выполняется без выдержки времени, поскольку она
не действует при внешних к. з.
5. В случае обрыва или переrорания предохранителя в цепи
напряжения к реле мощности подводится искаженное по фазе и
величине напряжение и реле может неправильно подействовать
при К. з. на одной из параллельных линий. Поэтому предусматри
вается устройство контроля исправности цепи напряжения.
На рис. 10 29 приведена в качестве примера схема трехфазной
защиты.
а
IJ
С
-=-
Рис. 10 29. ПРИНllипнальная схема попереч-
ноЙ направленноЙ защиты.
А В С
А 8 ,
в схеме имеются три пусковых токовых реле Т А' Т В и т С' включенных на
разность токов соответствующих одноименных фаз Л 1 и Л 11. В качестве opraHoB
направления мощности используются реле мощности МА' Мв' Мс двусторон-
Hero действия типа РБ 7vi. 271. момеНт этоrо реле М9I == kU p / p cos (СРр + 900).
Реле имеют по два контакта. Контакт 1 (нижний) замыкается при положительноМ
знаке мощности, а контакт 2 (верхний) при ОТРИllательном.
Токовые обмотки реле М включаются последовательно с обмотками пусковых
реле на ток фазы. Обмотки напряжения включеНЫ на линейное напряжение по
9О rрадусной cxel\'le.
Плюс на оперативные цепи защиты подается через блок контакты Б 1 и Б 2
выIючателейй линий / и //, чем осуществляется автоматическая БЛОlшровка
защиты прн ОТI{лючении ОДноrо из ВЫКJlючателей. Контакты пусковых реле по
дают плюс к реле МОЩНОСТН, включенному на ток одноименной фазы, т. е. Т А
к реле М А' Т В К реле МВ и т. д.
В схеме предусматриваются два выходных ПрОl\lежутоЧНых реле. Реле П 1
ПУСК2.ется от контактов 1 при к. з. на линии Л J и деЙствует на отключение ВЬШЛЮ-
чатс.пя В 1 . Реле П 2 пускается от контактов 2 при к. з. на линии Л // и отключает В 2 -
В схеме предусмотрена взаимная блокировка -этих реле. С этой целью минус
обмотки П 1 заведен через нормально замкнутые контакты П 2 и наоборот.
Оба реле, срабатывая, самоудержнваются, подавая питание на обмотку через
один из своих контактов. При наличии такой блокировки отпадает необходимость
в реrулировке блок контактов Б 1 и Б 2 , обеспечивающей их размыкание раньше,
чем прервеТСfl ток к. з. силовыми контактами ВЫJ<.1Iючателя.
Таким путем обеспечнвается надежность автоматической БЛОIШРОПКИ защиты
при каскадных отключениях поврежденной линИи.
264
Рассмотренная трехфазная схема применяется в сети с большим
током заI'.lыкания на землю, от всех видов к. з.
В сети с малым током замыкания на землю применяется
двухфазная схема, отличающаяся от рассмотренной отсутствие:\1
трансформаторов тока, пусковых реле и реле мощности на однои l
фазе.
в) Выбор уставок направленной поперечной дифференциальной
защиты, включенной на фазные токи (рис. 10 24)
Ток срабатывания пусковых реле защиты должен удовлетворять
четырем требованиям:
1. Пусковые реле не должны действовать при внешних к. з.
Для этоrо их ток срабатывания должен выбираться больше тока
небаланса пр и к. 3. на
шинах противоположной
r подстанции:
ZHMOh'C
/ш'"=D
........,..
I
/ с. 3== k и / иб. МЮСС,
(1 O 23)
............,..
lЛD =/н.макс
rде k и == 1,5 7 2.
2. Пусковые реле
должны быть отстроены
от cYI\'IMapHoro TOI{a Ha
п)
1 Heп.tp
I и]
Iкз
IHentp
............... ,
. не.? rp
j "
........... к 3
............
Л2
+..-
Лf
АВ С
/J{З
l'
б)
А 8С
Рис. 10 ЗО. Токораспределение в защите при каскадном отключении
поврежденной линии с учетом ТОКоВ иаrрузки.
rрузки 1 и. макс параллельных линий для предотвращения ложноrо
действия защиты при отключении одной из линий с противо
положной стороны В нормальном режиме (рис. 10 30, а). В таl{ИХ
условиях по оставшейся в работе линии протекает суммарныЙ
ток 1 И,мзкс обеих параллельных линий, который поступает в ПУСI{О-
вые реле и реле мощности.
Если наrрузка передается от шин в сторону линии, то реле мощ-
ности срабатывает, разрешая заЩИТе отключить оставшуюся линию.
265
\
,
Чтобы не допустить TaKoro отключения, необходимо иметь:
J с.з> 1 и. Mal{C, или
1 С. 3== kиl н. Ма({С,
(1 0 24)
. rде k l1 коэффиuиент надежности.
3. Пусковые реле должны отстраиваться от токов в неповреж
денных фазах 1 иеп.ф при двухфазных и однофазных к. з. Для этой
uели
1 С. 3 > 1 неп. ф
или
. 1 с. 3== kнl иеп . ф,
(1 0 25)
rде
iиеП.ф==lн+kiк.
Токи в неповрежденных фазах (В и С) влияют на работу защиты
при каскадном отключении поврежденной линии (рис. 10 30, 6),
так как в ЭТОr>.l режиме они текут только по одной оставшейся в pa
боте линии Л2.
При выполнении условия (lO 25) и пофазном пуске защиты He<:e
лективное отключение линии из за ложной работы реле мощности
исключается, поскольку пусковые реле непов режденных фаз не
будут работать.
4. Пусковые реле должны надежно возвращаться при макси
мальной наrрузке параллельных линий. При выборе тока срабаты
вания без учета условий возврата контакты пусковых реле MorYT
остаться замкнутыми после внешнеrо к. 3. (при работе одной линии,
коrда заll ита превращается в мrновенную максимальную защиту).
Если при этом под действием наrрузки сработает реле направления
мощности, то цепь отключения от заll ИТЫ будет разомкнута только
б,,10к контактом отключенноrо выключателя. В момент включения
BToporo выключателя блок контакт замкнется и защита подаст
импульс на отключение работающей линии.
.УСЛОВИЯ возврата обеспечиваются, если
1 kзапl и. макс
С. 3 k '
воз
(1 0 26)
rде 1 н.макс суммарный максимальный ток наrрузки параллель
ных линиЙ.
Ток срабатываниЯ J выбранный по четвертому условию, обычно
удовлетворяет всем остальным требованиям. Поэтому расчеrп
lс.з, ведеrпся по формуле (10 26) и проверяется по (10 23) и (10 25).
Ток небаланса поперечной дифференциальной защиты (см. 10 9)
принимается равным арифметической сумме тока небаланса l бt
обусловленноrо поrрешностью трансформаторов тока, и тока неба
ланса l б, вызванноrо неравенством сопротивлений параллельных
линий. При выборе уставок по выражению О 0-23) необходимо
исходить из I\lаксимальноrо значения cYMMapHoro тока небаланса:
J иб. макс == J' нб. макс + l б. макс. (1 O 26a)
265
Для уменьшения l б трансформаторы тока, питающие защиту,
выбираются по кривым 10g,о ной поrреПlНОСТИ при маКСИ 1а.пЬНОl\l
значении тока внеПIнеrо к. з. на II1инах противоположноЙ под
станции, текущеrо по каждой параллельной линии 1 к.макс' Расчет
ная кратность тока
k 1
nz а К. макс
р 1 '
ном. Т.Т
(1 0 27)
rде ka коэффициент, учитывающий влиянпе апериодической
слаrающей тока к. з., ПРИНИIVшется paBHbIi\I 2.
Соrласно [л. -99] рекомендуется оценивать приближенное зна
чение 1 б по выражению
1 , k О lk lK.Mar,c
иб. lIIакс':== О':Щ, а '
rде I,t:. макс максимальный ток при трехфазноы К. з. на шинах
подстанций (А и В), проходящиЙ по одной параллельной линии при
работе обеих; О, 1 поrреII1НОСТЬ трансформаторов тока, paB
ная .1 О o; k оди коэффициент однотипности, принимаеl\IЫЙ при
однотипных трансформаторах тока и равных сопротивлениях плеч
равным 0,5; ka принимается равным 1 ,5 2.
Вторую составляющую тока небаланса I б можно оценивать
по формуле
(1 0 28)
1" Д20 ka 1 к. макс
нб. макс 100 п т '
(10 29)
[де дzg/о == ZЛI 2.111 .100 разница в процентах между сопро
ZЛI
тивлениями Z-ПI и Z-п ] 1 прямой последовательности обеих линиЙ;
1 к.макс максимальное значение cYMMapHoro тока к. з. (по обеим
линиям) при повреждении на II1инах противоположной подстанции.
Обычно сопротивление линий одинаково (z.,т == Z-пrу). В таких
случаях считается, что I: б == О и в расчетах учитывается только
составляющая 1 б.
Чувствительность защиты характеризуется величиноЙ зоны
каскадноrо действия защиты, коэффициентом чувствительности пу
сковых реле k и велИЧИНОЙ мертвой зоны по напряжеI-!ИЮ у реле
мощности защиты [Л. 105].
3 о н а к а с к а Д н о r о Д е й с т в и я подсчитывается для
защиты на каЖДО 1 конце параллельных линий по (1 0 22) и не
должна превышать 2596 длины линии.
Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь пусковых реле защиты прове
Рf:ется для двух с.пучаев:
а) При к. з. на rранице зоны каскадноrо действия защиты после
отключения повре)кдеНIJОЙ линии с противоположноЙ стороны
определяется коэффициент чувствительности (рис. 10 31, а)
1
k' == рк. Д ( 1 0 30 )
ч 1 '
с.. з
rде 1 р.IС.Д минимальный ток в реле, в этих условиях; peKOl\leH
дуется IIметь k 1,5.
267
б) В случае установки поперечных дифференциальных защит
с обеих сторон линии (рис. 10 31, б) определяется k; при повре
ждении в точке равной чувствительности обеих защит, которая
находится нз условия
[рА J pB
[ С. зА == 1 С. зВ '
rде 1 рА И 1 рВ токи В реле -защиты А. и В при к. з. В точке К".
Еtли обозначить расстояние
....!.К} тА ОТ защиты В до точки К" через
[в, то, приравнивая падение Ha
пря):Кения в параллельных ветвях
от подстанции В до точки К"
по контуру линий Лl и Л2 и
учитывая (10 31), получаем:
J
[/3 == С. зА [ (1 0 32)
1 С. зА + [с. зВ .
Определив местоположение
К "
точки ,рассчитывают токи
к. з. И токи в реле защиты А
и В, после чеrо находят:
J J
k; == jA(I() :B(I() . (1 O 33)
С. зА с. ЗВ
Рекомендуется иметь k 2.
i\1ертвая зона по напряже
нию определяется на основании
а при каскадном отключеиии повреж соображений, изложенны.х 13
ленной линин; б при к. з. В точке paB F:. 7 7.
ной чувствительиости К" .
н
.............
а)
А
А
6)
Рис. 10.31. расчетныIe схемы для про-
верки чувствительности поперечной
дифференциальной защиты.
(10 31)
lO lI. НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Защита OCHOBaH на сравнении величины и направления токов
нулевой последовательности, протекающих по параллельным ли
ниям при к. з. на землю. Схема защиты, показанная на рис. 10 32.
состоит из пусковоrо TOKOBoro р ле То и реле направления МОЩ
ности Мо двустороннеrо действия, включенных на разность токов 3/0
параллельных линий 1 и II Iр 3/01 3/011. Для получения
тока 3/0 используется нулевой провод трансформаторов тока,
соединенных по схеме трехфазной звезды. Обмотка напряжения
реле Мо питается напряжением зи о , которое подводится от раЗОl\П{
HyToro треуrО.J1ьника трансформатора напряжения. Уrол сдвиrа
между и о и 10 близок к 90° (см. rл. 8), вследствие чеrо применяется
репе мощности синусноrо Йли смешанноrо типа, имеющее :макси
мальную чувствительность при СРр 90°.
268
Выбор устав-
ки на пусковом
р е л е 3 а Щ и т ы. При
внешних к. 3. В диффе
реНllпальной цепи за
щиты появляется ток
небаланса, от Koтoporo
защита может ложно
сработать. Для исклю
чения ложноrо действия
ток срабатывания пус
KOBoro реле должен
удовлетворять условию
lс.зо==k.Jнб.макс. .(10-34)
Ток небаланса под
считывается по выраже-
ниям (lO 28) и (10 29). Расчет /lIб ведется при однофазных или двух..
фазных к. 3. на землю на шинах противополо}кной подстаНllИИ.
Поперечная диффереНlluаЛ-Ьная защита нулевой ПОС.педователь-
. ности обладает более вы..
сокоЙ чvвствительностью
"'
пр 11 к. з. на землю, чем
защита, реаrирующая на
фазный ток.
А
А
В
С
и)
+
/7,
б,
то
4fд,
2
AlС1
'i ,Д'.?
М О1
rt
'о I М О2
I J
п
/11
I
А /1 С
А /1 t
Рис. 1 O 32. Схема поперечной направленной
дифференциальной защиты нулевоЙ последопа
тельности.
ЗОО [ [8 ti
б)
,,
КО,
6')
Риt. IO 33. Принципиальная схема направ-
ш'нной попер чной дифференциальной за
щиты с шзумя комп!уектами, реаrирующими
на ТОК фаз и ТОК 10.
10-12. НАПРАВЛЕННАЯ по-
ПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕ..
РЕНЦИАЛЬНАЯ ЗА-
ЩИТА С РАЗДЕЛЬНЫ-
ми КОМПЛЕКТАМИ
ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ И
ОДНОФАЗНЫХ К. З.
в тех слvчаях, коrда
"'
фазная поперечная диффе-
реНllиаJiьная защита имеет
недостаточную чувстви-
тельность к однофазным
к. З., ее дополняют ком-
плектом диффереНllпальноЙ
защиты нулевой последо-
вательности. Полная схема
такой защиты показана на
рис. 10-33. В эт6й схеме
комплект, включенный на
разность фазных токов, BЫ
полняется двухфазнь!м.
269
Фазный комплект блокируется при к. з. на землю. При этом
отпадает необходимость в отстройке пусковых реле Т.4 и Те фаз-
Horo комплекта от тока в неповрежденных фазах соrласно условию
(IO 25). Блокировка осуществляется размыкающим контактом пуско.
Boro реле То.
ТОК срабатывания реле То ([с.зо) должен удовлетворять уело.
вню (10 34) не только при внешних к. З., но также при трехфазных
к. з. на одной из параллельных линий у места установки защитЫ.
Пусковое реле То не должно работать от тока небаланса [ б.макс,
возникающеrо в этом случае, так как иначе фазный комплект будет
выведен из действия. Поэтому [с.зо === kнТ;б.Ма!{С. .
10-13. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПУСКОВЫХ OPfA.
ВОВ ПОПЕРЕЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Защита, включаемая на разность фазных токов. При больших токах наrрузки
и относительно малых токах к. 3. пусковые токовые реле защнты оказываются
недостаточно чувствительными. Для повышении чувствительности применяется
б.10кировка от реле напряжения (рис. 10 34). В защитах от всех видов к. з. бло
}шровка выполняется тремя реле минимальноro напряжения Н АВ ' Н вс ' НСА'
включаемы:\ш на линеЙные напряжения., и реле Н о, включенным на напряжение
н левоЙ последовательности.
""
I Н АВ
t9 '
Е, б п пвс
НСА
НО
t(iJ
+IП)
t(
M 1
' 'l
M z
T ll
М{ РП О
r[ п
P ([)
РП О РУП Ьп (т
, T
+
ЗlJ о
З/ О
Рис. [0 34. Схема цепей оператив-
Horo тока трехфазной направленной
поперечноЙ дифференциальной за
щиты с блокировкой от реле напря
жения.
Рис. 10 35. Схема комбини-
pOBaHHoro пуска от Но и То
д.ля повышения чувствитель
ности защиты, реаrирующей
на разность токов 10'
Реле напряжения срабатывают при к. з. И подают плюс к защите. разрешаst
ей действовать.
Н а п р я ж е н и е с р а б а т ы в а н и я блокирующеrо реле напряжения
Н выбирается на основе соображений, изложенных в 5 3, по форr,луле
и U ра б.МlIН
cp k ·
. k воз нпн
т о к с р а б а т ы в а н и я пусковоrо TOKoBoro реле т не отстраивается
от 1 н.макс И выбирается лишь по условию отстроЙки от 1 нб при внешних к. з. по
выражению (10-23).
Защита, включаемая иа разность токов 10. При больших токах небаланса
чувствительность пусковоrо реле может оказаться недостаточной. Для повышения
чувствительности токовое пусковое реле То дополняется реле напряжения Но.
реаrирующим на 3И о (рис. 10 35). При к. 3. на зеf\ШЮ появляются ток 10 и напря-
жение И О . Оба реле То и НО приходят в действие, разрешая защите работать.
270
При междуфазных к. з. реле Но не действует, и поэтому ложноrо пуска Ko,r.
плекта от однофазных к. з. И блокирования комплекта от междуфазных к. з. не
может быть, даже еслй реле Т о сработает от 1 иб'
Н а пр я ж е н и е с р а б а т ы в а н и я реле Но выбирается больше Ин')
при нормальном реЖИ.:\iе. Обычно И}lб 5 в. Поэтому И с.р принимается не больше
10 в.
Т о к с р а б а т ы в а н и я Т о при наличии пусковоrо реле Н о отстраи
вается только от тока небаланса при внешних к. з. на землю. Блаrодаря этому
чувствнтельность пусковоrо opraHa повышается.
IO 14. ОЦЕНI(А НАПРАВЛЕННЫХ ПОПЕРЕЧНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ
ЗАЩИТ
Положительными особенностями направленной поперечной за..
щиты яв,,'!яются простота схемы, меньшая стоимость по сравнению
с продольной дифференциальной защитой, отсутствие выдержки
вреf\'1ени, нереаrирование на качания, простота выбора па pal\.feTpoB
защиты.
К недостаткам защиты нужно отнести каскадное действие,
вызывающее замедленное отключение к. з. в зоне каскадноrо деЙ..
ствия; мертвую зону по напряжению; необходимость вывода из
u U
деиствия защитЫ при отключении однои линии, в связи с чем тре..
буется дополнительная полноценная защита для оставшейся линии;
неправильную работу защиты при обрыве провода линии с OДHO
сторонним заземлением.
IO 15. ТОI(ОВАЯ БАЛАНСНАЯ ЗАЩИТА tл. 42).
Токовая балансная защита является разновидностью поперечной дифферен
циальноЙ зашиты. Она основана на сравнении велиЧин токов в параллельных
линиях с использование:Vi для этой цели специальных балансных реле.
В отличие от направленной дифференциальной защиты она не реаrирует на
направление токов в параллельных лнниях и поэтому не !\южет применяться на
приемном конце ВЛ. В Советском Союзе эта защита не получила распростране
ния.
r лава одиннадцатая
ДИСТАНЦИО'ННАЯ ЗАЩИТА
11..1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
в сетях сложной конфиrурации с несколькими ИСТОЧНИI(ами
питания рассмотренные выше максимальные и направленные защиты
не MorYT обеспечить селективноrо отключения к. з. В этом нетрудно
убедиться на примере кольцевой сети с двумя источниками питания,
представленной на рис. ll l. .
При к. з. на линии Л2 максимальная направленная защита 3
должна работать быстрее защиты 1, а при к. з. на линии Л 1, наобо..
рот, защита 1 должна работать быстрее защиты 3. Эти противоре..
чивые требования не MorYT быть выполнены при помощи макси..
271
маJ1ЬНОЙ напраВJ1енной защиты. Кроме Toro, максимаJ1ьные и Ha
правленные защиты часто не УДОВJ1етворяют требованию быстроты
действия. Токовые отсечки далеко не всеrда применимы, а ПРОДОJ1Ь
ные дпфференциаJ1ьные защиты MorYT устанаВJ1иваться только на
коротких линиях.
В связи с этим возник.па необходимость в применении друrих
принципов, позволяющих ПОJ1УЧИТЬ защиты с необходимым быстро
действием, обеспечивающие селек"
ТИВНОСТЬ и чувствительность в ce
тях J1юбой конфиrурации. Одной
из таких. защит ЯВJ1яется Д и
с т а н ц и о н н а я з а IД и Т а.
, Выдержка времени дистанцион
НОЙ защиты t зависит от расстоя
ния (дистанции) [Р.К (рис. 11 2) Me
}кду местом установки защиты и
точкой к. 3., т. е. t ;::=:: f ([р.к), и
Р 1 нарастает плавно ИJ1И ступенчато
ис. ll . Кольцевая сеть с двумя
источникаl\1И питания. С увеличением этоrо расстояния
о...... максимальная направленная за (рис. 11 3). При таком РИНllипе
щита; t;>....... дистанционная защита. действия БJ1ижайшая к месту по
вреждения дистанционная защита.
всеrда иыеет меньшую выдержку времени, чем более удаленные
заutиты, БJ1аrодаря этому автоматически обеспечивается селектив
ное ОТКJ1ючение поврежденноrо участка.
А
Лf
НаПРИ!\IСР, при к. з. В точке Kl (рис. 11-2) защита 2, расположенная ближе
к I\lecTY повреждения, работает с меньшей выдержкой времени, чем более удален
ная защита 1. Если же к. з.
возникнет IЗ точке К2' то время р /(
действия защитЫ 2 автомаТ'иче Б3 : @
ски увеличится и к. з. будет ce I t 1(,
лективно ОТКПlOчено защитой 3, .::::., r f-1
коroрая в ЭfO\1 случае сраба i [/!" .:
тывает быстрее остал ьных. за
щит (2 и 1).
@к
f 72
Рис. 11 2. 3ависимост выдержки времени
дистанционной защиты расстояния.. l р.к до
места к.' з.
ОСНОВНЫМ
u
дистанционнои заutиты яв
ляется Д и с т а н ц и о н н ы й о р r а н (называемый также из.
мерительным opraHoM), опредеJ1ЯЮЩИЙ удаленность к. з. от места
установки защиты.
В качестве Дистанционноrо (измерительноrо) opraHa исполь..
зуются р е J1 е с о про т и в J1 е н и я, непосредственно ИJ1И кос.
венно реаrирующие на ПОJ1ное, активное ИJ1И реактивное сопро.
ТlIв.п:ение линии (z, r, х). СОПРОТИВJ1ение фазы J1ИНИИ от места уста...
н,)вки реле до :места к. з. пропорционаJ1ЬНО длине этоrо участка,
так как
ЭJ1ементом
"р. к === Zylp. к; Х р . 'к == Xylp. I{;
r р. I{ == r У/Р.1"
272
rде Zp.K, Х Р . К , r р.К полное, реактивное и активное сопротивления
участка линии длиной lp.K; Zy, Х у , 'у удельное сопротивление на
1 KJrl линии.
Таким образом, поведение реле, реаrирующих на сопротивление
линии, зависит от удаленности места повреждения lp_K. В зависи..
мости от вида сопротивления, -на которое реаrирует дистанционный
opraH (z, Х или ,), дистанционные защиты подразделяются на за
\
щиты п О л н о r о, р е а к т и в н о r Ь и а к т и в н о r о с о -
про т и в л е н и й. Дистанционные защиты реактивноrо и осо...
бенно активноrо сопротивлений применяются редко и ПОЭТО 'fУ
в дальнеЙшем не рассматриваются. ,
Для обеспечения селективности дистанционные защиты в сетях
сложной конфиrурации необходимо выполнять направленными, дей..
СТВУЮЩИl\П1 только при направлении
мощности к. з. ОТ шин в линию (рис.
11..1). Выдержки времени у защит, pa
ботающих при одинаковом направлении
мощности, взаимно соrласовываются
так, чтобы при К. 3. за пределами за..
щищаемоЙ линии каждая защита имела
выдержку времени на ступень больше
выдержки времени защит на следующем
участке. Направленность действия ди..
станционных защит осуществляется при
помощи обычных реле направления
мощности или путем применения Ha
правленных измерительных opraHoB или
пусковых реле, способных реаrировать
на направление мощности К. з.
11..2. ХАРАI(ТЕРИСТИI(И ВЫДЕРЖI(И ВРЕ..
МЕНИ ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ
t
lpl((Z}
а)
t
J
JОIШ
t
б)
lpl((Z)
6)
Рис. 1 1 3. Характеристикн
дистаНllИОННЫХ защит t ==
== f ([Р'К).
Зависимость В р емени действия ди..
а наклонная; 6 стvпенча
станuионной защиты от расстояния или тая; !J комбинировcniная.
сопротивления до места К. з. t === f ([Р.К)
или t :== f (z) называется характеристикой выдержки времени ди..
станционноЙ защиты. По характеру этой зависимости дистанцион"
вые защиты делятся на три rруппы: с п л а в н о н а р а с т а ю
Щ и м и характеристиками времени действия, с т у п е н ч а ты..
м и и к о 1\1 б н н и р о в а н н ы м и характеристиками (рис. 11 3).
Констр уктивное выполнение дистанционных защит с наклонной
и комбинированной характеристиками значительно сложнее, чем
с хараI{теристикоЙ ступенчатоrо типа; в то же время ступенчатые
защиты обеспечивают более быстрое отключение повреждений, чем
защиты с наклонной характеристикой. В результате этоrо наибо.пее
распространенными являются дистанционные защиты со ступенча..
той характеристикой. Они выполняются в БО.ТIьшинстве случаев
273
с тремя тупенями времени: t l , t ll , [ lll , соотвеТСТВУЮIЦИМИ трем
зонам действия защиты (рис. 11 3, 6). Имеются защиты и с большим
u
числом ступе неи и зон, но увеличение их числа ведет к усложнению
защит и не дает существенной пользы.
Принцип обеспечения селективности действия защит со ступенча
той характеристикой иллюстрируется на рис. 11 4.
Протяженность первой зоны берется несколько меньше протя-
женности линии с учетом поrрешности дz в сопротивлении сраб2-
тывания дистанционноrо реле. В зависимости от точности реле
первая зона составляет
O,7 O,85 длины защи
щаемой линии. при
К. з. В пределах первой
зоны защита действует
MrHOBeHHo. Остальная
часть линии и шины про
тивополо2КНОЙ подстан
ции охватываются BTO
рой зоной, ПРОТЯ2Кен
ность и выдер2Кка Bpe
мени которой соrласу
ются с. первой зоной
защиты следующеrо уча
стка. Короткое замыка
иие в пределах второй зоны защита отключает с выдержкоЙ Bpe
мени t 2 . Последняя, третья зона защиты является резервной, ее
протяженность выбирается из условия охвата следующеrо участка
на случай отказа ero защиты или выключателя. При повреждениях
в третьей зоне защита действует с выдсржкой времени t з -
На диаrраrvП\!J:е рис. 11 4 ПУНh.'"Тиром показаны выдержки вреfl.1ени
токовых направленных защит в предположении, что они YCTaHOB
лены вместо дистанционных. Сравнение их с характеристикаl\IИ ди
станционных защит показывает, что дистанциоННЫЙ принцип позво
ляет существенно Уl\Iеньшить время отключения к. з. на линиях и,
что особенно важно, дает ВОЗМD:ЖНОСТЬ отключать к. з. вблизи
шин станций и подстанций быстрее, чем удаленные от шин К. з.
t
z ..ji1z
ЛJ'ОНО
r,::;L\ С [РКl lr [Рк 2
'-yl А 4 . 1 ь;-- л 2 1l
Рис. 11 4. Со.rласование выдержек времени ди-
станпионных защит со ступенчатой характери-
стикой.
IJ..z лоrрешность днстанционноrо реле; 6.t CTY
лень селектнвности.
H 3. ЭЛЕМЕНТЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Дистанционная защита относится к числу СЛО2Кных защиТ.
Все разновидности этой защиты состоят из нескольких общих
элементов (opraHoB защиты), выполняющих определенные однотип..
ные функции.
Взаимную связь между орrанами дистанционной заJЦИТЫ, их
назначение и выполняемые ими функции можно пояснить упрощен..
ной структурной схемой защиты со ступенчатой характеристикоЙ,
показанной для одной фазы на рис. 11 5.
Защита состоит из следующих opraHoB:
274
"
1) п У с к о в о r о opraHa 1, пускающеrо защиту при возник
новении К. з. Обычно пусковой opraH выполЯяется при помощи
реле полноrо сопротивления или токовых реле. На рис. 11 5 в Ka
честве пусковоrо opraHa 1 показано реле сопротивления, питаемое
током /р и напряжением и р сети;
2) д и с т а н ц и о н н о r о opraHa 2, определяющеrо удален
ность места к. з. В ступенчатых защитах выполняется с по..
мощью реле минимальноrо сопротивления. К реле подводится ток
и напряжение защищаемой линии (/р и ир) и оно срабатывает при
условии
Ир
Zp == т < zc.p'
р
(11..1)
rде zc.p наибольшее сопротивление, при котором реле начинает
деЙствовать, т. е. сопротивление срабатывания реле.
тн
Ор
и р
Рис. 11 5. Упрощенная схема трехступенчатой дистанционной за
щиты.
Сопротивление Zp иноrда называется Ф и к т и в н Ы м, так как
в некоторых режимах (например, при наrрузке и качаниях) Zp
не является сопротивлением линии. В этих случаях оно представ
ляет собой отношение и р/ / р' обладающее размерностью сопротив"
ления, но не имеющее физическоrо значения;
З) о р r а f.I а в ы Д е р ж к и в р е м е н и 3, создающеrо вы..
держку времени, с которой в зависимости от поведения дистан"
ционноrо opraHa деЙствует защита; выполняется в виде реле Bp
мени обычной конструкции;
4) о р r а н а н а п р а в л е н и я мощности 4, не позволяющеro
работать защите при направлении мощности к. з. К шинам под..
станции. Выполняется при помощи реле направления мощности и
предусматривается только в тех случаях, коrда пусковые иди..
станционные opraHbI не обладают направленностью;
5) б л о к и р о в К и, автоматически выводящие защиту из дей
ств и Я В тех режимах, Коrда защита может сработать неправильно
275
при отсутствии повреждения. Обычно применяются две блqки
РОВIПI:
а) блокировка 5 от исчезновения напряжения U р при неисправ
ностях в цепях напряжения, питающих защиту; при U р === О, как
следует из (11 1), Zp === О, в ЭТИХ условиях пусковые реле (если они
реаrируют на z) и дистанционные opraHbI заIUИТЫ приХОДЯТ в дей
ствпе, что может привести к неправильной работе защиты; блоки
ровка 5 выполняется по схемам, рассмотренным в 6 4, она при
ХОДИТ в действие при неисправностях в цепях напря)кения, снимает
оперативный ток с защиты, не позволяя ей действовать на ОТКЛIО
чение;
б) блокировка б от неправильноrо действия защиты при кача
нияХ в системе; в этом режиме напряжение U р снижается, а ток
/р возрастает, при этом соrласно (11 1) Zp уменьшается, в резуль
тате чеrо пусковые и дистанuионные opraHbI защиты MorYT срабо
тать и вызвать неправильное действие защиты; при возникновении
качаний блокировка 6 (см. rл. 12) приходит в действие и ВЫВОДИТ
защиту из работы, размыкая ее пепь отключения.
При к. з. на линии работают пусковое реле ПО и ре,,1е мощ
ности М. Через их контакты подается плюс постоянноrо тока к кон..
таКТаМ дистанuионных opraHOB и на катушку реле времени третьей
зоны. Если к. з. возникло В пределах первой зоны, то дистанuион
ныЙ opraH первой зоны ДО. замыкает контакты, образуя uепь на'
отключение линии. Если к. з. произошло ВО второй зоне, ДО.
не работает, так как сопротивление на ero зажимах больше уставки
сопротивления срабатывания первоЙ зоны (zp > zJ). В ЭТОМ случае
ПрИХОДИТ в действие дистанционный opraH второй зоны ДО! (-
Он замыкает контакты и пускает реле времени В 11. По истечении
времени 111 ВВ замыкает контакт и посылает импульс на отклю-
чение.
При к. з. за пределами второй зоны OMl\'1eтpbl ДО! и ДОI! не
работают, так как сопротивления на их зажимах превышаioт уставки
сопротивления срабатывания. Защита не может действовать со
временем первой и второй зон. Реле времени BIII, запущенное
пусковым реле, срабатывает коrда истечет ero выдержка BpeMe
ни t llf , и посылает импульс на отключение выключателя. Спеuиаль..
ных измерительных opraHOB третьей зоны для упрощения защиты
обычно не ставят. .
l1 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СРАБАТЫВАНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ РЕЛЕ И ИХ
ИЗОБРАЖЕНИЕ НА КОМПЛЕКСНОЙ ПЛОСКОСТИ
а) Использование комплексноЙ плоскости Д.,'1я изображения ха..
рактеристик реле
Х а р а к т е р и с т и к о й с р а б а т ы в а н и я называется
зависимость zc.p == f (<Рр). которая определяет значения векторов
Zp на зажимах реле при ero срабатывании.
276
Сопротивление z является комплексной величиной, поэтому
характеристики срабатывания реле и сопротивления на их зажи
мах удобно изображать на комплексной плоскости, в осях Х, f
(рис. 11 6). В этом случае по оси вещественных величин комплекс
v
нои плоскости откладываются активные сопротивления (, а по оси
мнимых величин j располаrаются реактивные сопротивления х.
Любое полное сопротивление на зажимах реле Zp == ир/ 1 р может
быть выражено через активные и реактивные составляющие в виде
комплексноrо числа Zp ==:: f р + jx p и изображено в осях (, х BeKTO
++jx +jx С
Zp
!" \?
rp
/
/рХр
и
I
1
+,.
ID "р
Лl
lY
J
J)
а)
о)
Z
1*m
0---
Jl
-4 rj
в
lAD ,.... +s. ZAB
r-J
О - ЛJ А Лl /( I
ZJt
I I
I 1"0
......L.
. Л2 Евс
14
с
lN
,.
о
с д)
6)
Рис. 1l 6. Комплексная ПJlОСКОСТЬ Т, jx.
а изображение ,вектора lp: б треуrольник сопротивлений; в и е участок сети и
ero изображеltия в осях r, jx; д к. 3. через сопротивление r электрической ДУПI; заштри.
хована область сопротивлений Zp при к. з. через r электрическоЙ дуrи.
ром с координатами 'р и Х р (рис. 11 6, а). В еличина этоrо вектора
характеризуется модулем I Zp I ==]/ ( + x , а ero направление
yr лом СРр, I{оторыIй определяется соотношением Х р и f р' поскольку
tg СРр == xp/r p . Из рис. 11 6, б видно, что уrол Р.Р равен уrлу СДВиrа
фаз между веl{торами тока 1 р и напряжения U р и, следовательно,
можно считать, что на комплексноЙ лоскости Bel{TOp I {; совпадает
с осью положительных сопротивлении (, а напряжение р с BeK
тором Zp.
Л ю б о й у ч а с т о к с е т И, напрцмер линию Лl, показан
ную на рис. 11 6t 8, можно также представить в осях (, х Bel{TOpo .'l Zл,
иыея в ИДУt что каждая точка линии характеризуется опреде.пен
ными сопротивлениями f л И Х д . · .
Если сопротивления всех участков сети имеют один и тот же
уrол СР.'1' то их rеометрическое место на комплексной плоскости
277
изобразится в виде прямой, смещенной относительно оси r на уrол СРЛ
(рис. 11 6, 2).
Начало защищаемой линии, rде установлена рассматриваемая
защита А, совмещается с началом координат (рис. 11 6, в и 2).
Координаты всех участков сети, попадающих в зону защиты А,
считаются положительными и располаrаются в первом квадранте
плоскости (рис. 11 6, в). Координаты участков сети, расположен
ных влево от точки А, считаются отрицате-пьными и располаrаются
в третьем квадранте. Сопротивление линии Л1 показано на диа
rpaMMe отрезком АВ, линии Л2 отреЗКOl\I ве и линии Л3
отрезком АД.
.
б) Характеристики срабатывания реле
Х а р а к т е р и с т и к и с р а б а т ы в а н и я основных ти.
пов реле минимальноrо сопротивления изображены на рис. 11.7.
Характеристики каждоrо реле представляют собой rеометрическое
место точек, удовлетворяющих условию Zp == Zc.p. Заштрихованная
часть характеристики, rде Zp < Zc.p, соответствует области дей.
ствия реле. При Zp, выходящих за преде-пы заштрихованной части,
т. е. при Zp > Zc.p, реле не работает. Таким образом, хараКfllеРИСfllИКз,
pa60fllbl реле является пО2раничной кривой опредеЛЯЮlцей условия
деЙСfllвия реле. Эту характеристику можно рассматривать как
зависимость в ,ичины (модуля) вектора сопротивления срабаты.
вания p 'e Zc.p от уrла СРр, определяющеrо ero направление, и пред.
СТqВЛЯТЬ в виде уравнения Zc.p == f (СРр)'
Характеристика срабатывания p 'e должна обеспечивать работу
реле при к. з. В пред ,ах принятой зоны действия (z'). При к. з.
вектор сопротивления на зажимах p 'e Zp равен rео:метрической
сумме вектора сопротивления линии ZK дО места повреждения К
и сопротивления электрической дуrи r д, которая :\Iожет возника1Ъ
в месте к. з. (рис. 11 6, д), т. е.
Zp == ZK+ r д . (11..1а)
На рис. 11 6, д отрезок ОК изображает вектор сопротивления
линии, равный сопротивлению ZK зоны действия реле; отрезок КВ
представляет вектор сопротивления электрической дуrи, имеющей
активное сопротивление r д *. Площадь окве определяет область,
в пределах которой может располаrаться вектор Zp при к. з. В раз.
личных точках линии, с учетом сопротивления электрической дyrи.
ДеUСfllвие реле при К. з. 6yaefll 06еспечено если харакmеРИСfllИ1\,U
срооаfllЫВПflИЯ реле показанны.е на рис. 11.7, будУfll охваrпьюаrпtJ
* Выражение (ll la) справедливо для условий одностороннеrо питания ме-
ста к. 3. (от reHepaTopa r т). При двустороннем питании за счет сдвиrа фаз между
оками к. з. от reHepaTopa r т И r п вектор А В будет расположен под yr 1oM к оси r.
В этом случае zp == zK + kr, rде k ко:\шлексная величина, зависящая от соот-
ношения и фаз токов, притекающих к точке к. 3.
278
""
область 1\ОJ1n.'lексной пЛGскости, в которой может находиться
вектор сопротU6дения Zp при к. з. на линии (ПЛOlдадь ОКВС на
рис. ] 1 6, д). На рис. 11 7 приводятся наиболе распространенные
характеристики реле, изображаемые в осях х, r в виде ОКРУЖНОСТИ,
эллипса, прямой линии, мноrоуrольника. .
.
+jx
-t-jx
Zc.p мах['
8
С
zc.p
рм.ч Рр
l"r
+r
а),
6)
-t-Jx
о
2)
(J)
-t-1"
б)
А' +jx А
r
\
\
\
,
\
о
+Т
Рис. 11 7. Характеристики срабатывания реле сопротивления.
НенапраВ,,'lениое реле полноrо сопротивления (рис. 11 7, а).
у равнение срабатывания реле
r
Zc.P == К, (11 2)
rде К постоянная величина.
Характеристика этоrо реле имеет вид ОКРУЖНОСТИ с центром
в начале координат и радиусом, равным К. Реле работает при
Zp ::::;; К, при любых уrлах fPp между вектором Zp и осью r. Зона дей
ствия реле расположена в четырех квадрантах, _ в том числе в пер
вам И третьем. Последнее означает, что реле с характеристикой
(11 2) работает как н е н а п р а в л е н н о е реле сопротивления.
НапраВ,,'lениое реле полноrо сопротивления имеет Zc.P' завися ,
щее от уrла fPp (рис. 11 7, б). Ero характеристика срабатывания
изобра)кается окружностью, проходящей через начало координат.
Сопротивлени : срабатывания имеет максимальное значение при
l
qJP == СРМ. ч,
279
rде СРм.ч уrол максимальноЙ чувствительности реле, при KOTO
ром zc.p Zc.P макс, Т. е. равен диаметру окру}киости ОВ. 1
Зависимость срабатывания этоrо реле от уrла <Рр l\'10}KeT быть
представлена уравнением
Zc.p == ZC.p.MtJKC COS (<РМ.Ч <рр). (l1 3)
Оно леrко получается из рассмотрения треуrольника ОБС на
рис. 11 7, 6. Реле не работает при ZP' расположенных в третьем
квадранте. Это означает, что оно не может действовать, если мощ
насть направлена к шинам подстанции. Следовательно, paCCMO
тренное реле является н а п р а в л е н н ы м.
Реле со смещенной круrовоЙ характеристикой (рис. 11 7, в).
Характеристика реле см щена относительно оси координат- в третий
квздрант на величину z". Поэтому реле не только работает на защи..
щаемой линии, но и захватывает шины А, питающие линию, и
часть длины отходящих от них присоединений. Уравнение смещен-
ноЙ характеристики имеет вид:
I z' z" I I z' + z" 1
. 2 zc. р 2 О. (11 4)
Уравнение (11..4) мо}кно получить из раСС ;Iотрения треуrоль-
ника ОО'С. Как видно из черте}ка, rеО1\,tетрическая разность век-
тора z' z" равна диаметру окружности, отсюда
I
I z' Z" I
2 (.
(11-4а)
z' + z.t .
Из Toro }ке чертежа видно, что 2 == 00', с учеТО:\f этоrо
I zc.p Z'! z" 1== I се OO' 1== О'С == r, (11 4б)
[де С любая точка окру}кности; r радиус окружности.
Приравнивая левые части уравнений (11..4а) и (11..4б), получаем
01 4).
Реле с эллиптической характеристикой. На рис. 11-7, изобра-
жена характеристика направленноrо реле, имеющая вид эллипса.
Сопротивление срабатывания Zc.p TaKoro реле зависит от уrла {Рр
и имеет наибольшее значение при <Рр == <Рм.ч' Уrол <Рм.ч обычно
принимается равным <РЛ' Сопротивление Zc.P. макс равно большей оси
эллипса 2а.
Как известно, эллипс является rеометрическим местом точек,
сумма расстояний которых до фокусов Ь и d постоянна и равна
большой оси 2а. На основании этоrо, обозначая координаты фоку-
сов Ь и d, Z "и z', а координаты любоЙ точки С эллипса zc.p' полу
чаем уравнение эллиптической характеристики
\ Zc.P z' 1+'1 zc.p z" 1== 2а. (11..5)
Зона действия реле заштрихована. По сравнению с круrовой
характеристикой эллиптическая характеристика имеет меньшую
280
рабочую область. Это дает возм{)жность лучше отстроить реле от
качаний и переrрузок.
Реле реактивноrо сопротивления срабатывает при
Х р == zc.P sin <рр::= Х с . р :::::; К,
rде Х с . р постоянная ве.,Т'lичина, не зависящая от p.
Характеристика таких pe.,Т'le изображается прямой линией,
параллельной оси r (рис. [1 7, д), отстоящей от нее на расстоянии
Х с . р К. . .
Реле с характеристикой в виде мноrоуrольника. Подобная
характеристика направленных реле сопротивлениЙ показана на
рис. 11 7, е. Сопоставляя эту характеристику с площадью ОКЕС
на рис. 11..6, д, можно установить, что четырехуrольная xapaKTe
. ристика реле в большей мере, чем друrие характеристики, совпа..
дает с контуром области располо:жения векторов Zp при к. з. И
является, с этоЙ точки зрения, наиболее раuиональной.
Реле с характеристикой в виде мноrоуrольника сложнее в кон..
структивном отношении и имеют пока' orpaHIEleHHoe пр именение.
Пунктиром показан вариант характеристики подобных :же ре.пе
в виде мноrоуroльника ОА ' ЕС' . Такое расширение зоны реле
преДУСl\'lатривается для обеспечения ero действия при ДВУСТОРОН"
нем питании К. з. через переходное сопротивление r Д'
11..5. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕ СОПРОТИВ.J1ЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ К ИХ КОНСТРУКцИЯМ
Дистанuионные реле Moryт ,выполняться на различных ПРИНI.lИ"
пах (см. 2 1). ПО последнеrо времени значительное распростра
нение Иl'.lеют электромеханические конструн:uпи на элеКТРО:\Iаrнит
ном и особенно индукционном принципе. За последние rоды раз
р ботаны и внедряются реле с использованиеы ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
при оров. Реле сопротивления на полупроводниках обладают
r .существенными преимуществами, отмеченными в 2 11, и постепенно
выТесняют элеКТРОl\Iеханические конструкuии. Отечественная про
мышленность переходит на выпуск реле сопротивлений только на
выпрямленном токе с ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ приборами.
Принuип действия всех разновидностей pe.:le сопротивления
основан на сравнении п о а б с о л 10 Т Н О М У значению или п о
фаз е ДВУХ векторов паПР!lжений (j 1 И (j 11, являющихся функuиями
ТОКа и напряжения сети 1 р и (j р по выражениям (2 38). В общем
случае
(;1 == k 1 (;p + k 2 1 р; }
(;11 ==k з (;р + k4 i p.
(11..6)
в электромеханических f<ОНСТРУКЦИЯХ сравнение И 1 и Ин
осуществляется тремя способаl\'IИ: механичеСКИ .1 путем сравне.-
ния электромаrнитных MOi\-Iентов М эI и МэI I , пропорциона.,чьных
соответственно Ui и Ui [; электрическим непосредственным сравне"
281
нием 01 И 011 И маrнитным путем сопоставления маrнитноrо
потока ФI и 1 с потоком ФII = и 11.
в реле на полупроводниках напряжения и 1 и и 11 сравниваются
с помощью схем сравнения, рассмотренных в 2 11.
Jvlеняя коэффициенты k в выражениях (11 б), можно получать
реле сопроти.вления с различными характеристиками, изображен.
ными на рис. 11 7, a 2.
Д.пя получения реле с более сложными характеристиками,
изображенными на рис. 11 7, 2, е идруrими разновидностями исполь.
зуется сравнение трех и более электрических величин, также являю.
щихся динейными функuиями 1 р и и р'
Основные требования к параметрам реле сопротивления сво.
дятся К следующему:
1. Реле сопротивления должны быть быстродействующими,
чтобы обеспечить быстрое отключение к. з. в пределах первой зоны.
Для этоrо в сетях 110.........:.500 кв необходимо иметь t p 0,02 ...;-. 0,0.5 сеК
и в сетях 35 кв с t p == 0,1 сек.
2. Реле сопротивления, выполняющие функuии дистанuионных
opraHoB, ДО.пжны отличаться точностью Zc.P с тем, чтобы зоны дей
ствия защит были стабильными. Ilоrрешность в отклонении вели.
чины zc.P от заданной установки Zy не должна превышать 10%.
3. Пусковые ре.пе сопротивления должны иметь высокий коэф.
фиuиент возврата:
kB==::' == 1,05+ 1,15.
zc.p
11 6. РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ВЫПРЯМЛЕННОМ ТОКЕ, ВЫПОЛНЯЕ.
МЫЕ С ПОМОЩЬЮ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИ БОРОВ
а) Общие принципы выполнения ,реле
Реле сопротивления на выпрямленном токе отличаются просто..
той схемы, малым потреблением мощности и позволяют получать
характеристики срабатывания различноrо вида (окружность, эллипс
и др.).
Ilринuип действия этих реле основан на сравнении абсолютных
величин двух напряжений и 1 и и 11, ЯВ.пяющихся в общем случае
функuией напряжения и тока сети (ир и I p ) соrласно (11 б). Для
получения реле сопротивления в уравнениях (11 б), определяющих
значение U l и ин, необходимо принять коэффициент k3 ==: О,
k 2 < О, а k 1 и k4 > О. Тоrда подлежащие сравнению напряжения
будут связаны с и р и Ip следующими выражениями:
? I==kl P""k2ip; } (11..7)
UII==k 4 I p '
Сравнение указанных величин U l и ин производится так же, как
...
и в схемах реле мощности, непосредственным вычитанием однои
величины из друrой. Для устранения влияния сдвиrа фаз сравни-
282
baeT\-Iые напряжения выпрямляются, а затем ВЫПРЯl\fленные вели..
чины !И 1 ! и !Инl, пропорциональные средним значениям И 1 и И II ,
вычитаются друr из друrа по схемам, рассмотренным в 2 11.
Типовая блок схе:i\1а реле сопротивления на сравнении абсолют..
НЫХ значений двух напряжений приведена на рис. 11 8.
Реле состоит из преобразующих (суммирующих) устройств
1 II 2, выпрямителей на полупроводниковых диодах 3 и 4, схемы
сравнения 5 и реаrирующеrо opraHa (нуль индикатора) 6.
К входным зажимам реле подводятся напряжение и ток сети
и Р и 1 . В СУММИРУЮЩИХ устройствах 1 и 2 напряжение И р преоб
разуется с помощью трансформатора в напряжение k 1 Ир, а ток / р
посредством трансреактора преВ'ра
щ ется в два напряжения k 2 1 р и
k41 Р. Преобразованные величины
СУl\iМИРУIОТСЯ соrласно (11 7), в pe
зультате чеrо на выходе сумматора 5
образуются два напряжения:
. k . k 1 k . t ' ! J41t
U 1 == l И Р 2'Р И И П == 4 / р.
Каждое из них ВЫПРЯl\1Ляется J * ,,*
с помощью выпрямителей 3 и 4, и
полученные абсолютные значения .. t - f
и И ti. н. , {J. P +kJ p U, 'I Z ln (J. v r
I 11 И I [11 на выходе выпрямите ) и ;=II Lp
лей (или пропорциональные им
токи 1111 и 1/111) подводятся К
схеме сравнения 5, rде вычита
ются друr из друrа. На выходе и р
схемы сравнения Qбразует я Ha Рис. 11-8. .Бл к схема реле сопро-
пряжение ИВЫ ::=.: IU1!1 IU11 или тивления на выпрямлеННО!\l токе.
ток 1 ВЫХ === 111 11 1/11, которые
подводятся к реаrирующему opraHY 6, обладающему направлен
ностью, т. е. действующему только при определенном (положитель
ном) знаке подведенноrо к нему напряжения или тока.
Полярность включения реаrирующеrо opraHa подбирается с Ta
ким расчетом, чтобы он Rаботал при И II > и 1 И не действова.л, если
И II < и 1 . Напряжение ин называется р а б о ч и м, а И 1 т О р
1\1 О З Н Ы м, так как под влиянием И II реаrирующий opraH приходит
в действие, а от И 1 не работает. При выбранной ФУНКllиональной
связи сравниваемых напряжений с ир' и /р по выражениям (11 7)
относительное значение величин И 1 И И II, а следовательно, и пове..
дение реле зависят от соотношения Ир и 1 р или, иначе rоворя,
от Zp === И р / / р.
В нормальном режиме напряжение U р близко к номинальному,
а ток lр относител!>но невелик, поэтому И 1 === Ik 1 U p k 2 i p I пре
восходит Ин === Ik41pl и реле не работает. При к. з. В зоне деЙствия
защиты ток lр возрастает, а напряжение Ир снижается, в резуль
тате этоrо И П становится больше ИХ и реле приходит в деЙ..
ствие.
283
РейrИРУIОЩИЙ opraH может выполняться в трех вариантах,
рассмотренных в 2 16:
1) с ПОМОЩЬЮ поляризованноrо или . маrнитоэлектрическоrо
реле, непосредственно подключенноrо к зажимам т и п;
2) с помощыо тех же реле, ВК.шочаеl'.IЫХ через усилитель на
полупроводниках (рис. 2 49, 2 16), раБОТaIОЩИЙ в качестве нуль
индикатора, т. е. реаrИРУIОЩИЙ на знак сиrнала;
3) с помощью триrrера (бесконтактноrо реле) на полупровод
никах, на выходе KOToporo появляется напряжение в зависимости
от знака сиrнала.
Общие положения о выполнении реаrИРУIощеrо op aHa и о таль'"
ных Э.пементов блок схемы были рассмотрены в 2 16.
Если принять в (11 7) k 2 ==0, ТО 01 ==k 1 0 p И 011 ==k4 i p; в этом
случае реле имеет характер стику срабатывания в виде окруж
ности с центром в начале координат.
При k 2 ==:: k4 характеристика превращается в окружность, про
ходящую через начало координат. При k 2 =f= k4 характеристика
имеет вид окружности, смещенной относительно начала координат.
Таким образом, различные виды реле сопротивления на основе
рассмотренной конструКЦИИ можно получить простым изменением
сравниваемых напряжений и( и Ин без ПРИНllипиальных измен
ний схемы реле.
Рассмотрим в качестве примера конкретные схемы направлен-
Horo и ненаправленноrо реле сопротивления.
6) Ненаправленное реле сопротивления с круrовой характери-
СТИi{ОЙ
Устройство и принцип действия реле. Два варианта реле со cxe
IОЙ сравнения на балансе токов и на балансе напряжений в упро
щенном виде показаны на" рис. 11 9.
Чтобы получить характеристику срабатывания в виде окруж-
ности с центром в начале координат, J{ схеме сравнения реле под-
водятся два напряжения:
(;1 == k 1 (;p и ив == kt/ Р. (11 8)
ЭТИ напряжения получаIОТСЯ путем преобразования Ир и / р'
которые, как показано на рис. 11-9, а, подаются на входные за
жимы реле.
С помощью ВСПО!\iоrательноrо трансформатора напряжения Т JЧ
Ир превращается в И( == k 1 Ор, а то.к /р с пqмощыо трансреактора
т р преобразуется в цапряжение U II == k41 Р. Полученные таКIIМ
обраЗОl\'l напряжеНИЯ.ОI и Ои подводятся К выпрямителям 81 и В 2 ,
выпо.лненным по двухполупериодной схеме на полупроводниковых
ДIIодах.
Под деЙствием напряжений 01 И О II возникают пропорционадь
ные им токи i] == k'Op и i Il == k" ip,KoTopbIe ВЫПрЯ1\1ЛЯIОТСЯ выпря-
ыите.IlЯМИ 1I заМЫI{аются' через реаrирующиЙ орrаи РО. Токорас-
284
пределение токов /1 И /II показано на рис. 11 9, а и б. В схеме
сравнения на балансе токов реле РО (рис. 11 9, а) включается
параллельно ВЫПРЯl\лителям на разность выпрямленных токов.
J3 этом случае ток в РО 1 р == 11 II 1 I i I 1.
Как уже отмечалось, реаrирующий opraH выполняется с по
мощью наП"равленноrо реле постоянноrо тока. Он работает, если
'/II 1> 1/1 1, и не действует, если 1111 1 < 1/1 1.
Аналоrично ЭТОl\IУ в схеме сравнения на балансе напряжений
(рис. 11 9, б) реле РО работает, если I Он 1> I 01 1, и не дей.
ствует, если I 011 1 < IlJI 1. .
Условием начала действия реле является равенство 11I1 I == 111 I
или 1 О II I == I 01 1; первое для схемы на балансе токов, второе
на балансе напряжений.
,..r
....... PO
,и/] {
В, 82
--'><
t
тн ТР О)
t rй;l .t l7;l 1] 111
и)
Рис. 11 9. Ненаправленное реле сопротивления, выполнеииое с помощью схем
сравнения.
а на балансе токов: б на балансе напряжений.
Выражая токи и напряжения через и р и / р с учетом (11 28),
получаем уравнения начал срабатывания для обоих реле:
I k4 i D \ == I k1U p 1. (11..9)
Разделив обе части равенства Ha k 1 / р' найдем zp, при котором
реле начнет действовать:
!ир I k4
zp == Zc.P == == == I z' l == const. (11-10)
I Ip I / k.
Выражение (11 10) показывает, что реле будет работать при
сопротивлении Zp zc.p; величина zc.P определяется отношением
k!j,! k 1 , которое можно рассматривать как абсолютное значение со-
противления зоны 1 z' 1. Это означает, что реле работает при любом
Zp, модуль KOToporo равен 1 z' 1, независимо от ero уrла и знака.
Таким образом, рассмотренное реле действительно является
ненаправленным реле сопротивления, имеюшим характеристику
срабатывания в виде окружности с центром в начале коорди ат и
радиусом, равным 1 z' I == k 4 /k 1 (см. рис. 11 7, а).
Сопротивление срабатывания zc.P реrулируется изменением k4
и k 1 , т. е. ИЗl\1енением коэффициентов трансформации ТН и ТР.
Зависимость Zc.p от тока /Р. Условия срабатывания (11-9) яв-
ляются идеальными, они не учитывают конечноЙ чувствительности
285
реаrирующеrо opraHa (нуль индикатора) РО. В действительности
для срабатывания реле необходимо приложить определенное избы-
точное напряжение U о для преодоления механических сил сопро
тивления подвижной системы реаrирующеrо opraHa или создания
напр яжения, необходимоrо для начала работы бесконтактной
релейной схемы на транзисторах (триrreра).
С учетом этоrо для сраба ывания реле необходимо выполнить
условие
I k4 i p \ == I k 1 li p I + \ ио l. (11.11)
Разделив все члены равенства на I k 1 / р I и сделав преобразования,
получим:
k4 ,и й I
zc.P == k 1 I klip I
Из (l1 12) следует, что zC.P зависит от /Р' во первых, из за конеч
ной чувствительности реаrирующеrо реле, характеризуемой напря.
жением и о , и, BO BTOpЫX, из за нелинейности сопротивления выпря.
l\1ителей в маrнитопроводе трансреакторов, в результате котороЙ
коэффициенты k 1 и k4 не остаются постоянными, а меняются с изме.
нением тока / р.
Зависимость Zc.P от / р является недостатком конструкции, она
вызывает непостоянство зонgI действия реле (см. 11 11), т. е.
поrрешность в Zc.p.
. Сrлаживание пульсации выпрямленноrо тока. Для сrлаживания
кривой выпрямленных токов в схеме должны быть предусмотрены
сrлаживающие устройства, рассмотренные в 2.16. В данной схеме
для сrлаживания тока предусмотрен конденсатор с. Как указы
валось, сrлаживающие устройства приводят к некоторому замедле.
нию деЙствия реле.
Реле подобноrо типа со схемой сравнения на балансе токов и
маrнитоэлектрическим реле в качестве реаrирующеrо opraHa при.
меняется в дистанционной защите ДЗ.l для сети 35 кв, разработан.
ной лабораторией Энерrосетьпроекта с участием ЧЭТН11И и BЫ
пускаеМQЙ ЧЭАЗ.
(11.12)
в) Направленное реле сопротивления с круrовой характери
стикой
.Направленное реле сопротивления покззано на рис. 11.10, а.
Реле 'основано на сравнении абсолютных значений двух напря.
жений
и I == ' 1и р k2/p И li 11 == k l Р.
(11 13)
Здесь k!l k2.
Сравниваемые напр яжения U 1 и U 1] получаются с помощью
Бспомоrательноrо трансформатора напряжения ТН и двух одина.
ковых транс реакторов ТРl и ТР2- Вторичные обмотки трансреак.
торов замкнуты на активное СОПРОТИБ.ТI.ение '.
286
Н-апряжение сети Ир подводится к ТН 1 И трансформируется на
вторичную сторону, образуя напряжение k 1 U p , rLe k 1 является
коэффицир,нтом трансформации ТН 1 .
/;; /О!Д
В,
/io/{fu o /)
т
п
/4! f f
//,
. .
k,l/p Ел Ел
......."... ...........
тн. ........... ........... .......... т р. ......... ........... TII 2 ............ ........... 71
1 I
m I 7; I .1= с I ? I
а)
Ах
. .
и=К'z/p zcp
р Ip
t О
90 б)
6)
lилl>f41
14J<Jtizl I С I 1t.k1<lliтl
I 1.
1 '; zpiAf в( r
I-c: z' .....1
11.4
ив
En
о)
е)
Рис. ll lO. Направленное реле сопротивления со схемоЙ сравне"
ния на балансе напряжений.
а схема ре.,1е; б векторная диаrрамма трзнсреактора; в xapaK
теристикз реле, 'f' м. ч утоп между Z' и осью r; е схема, поясняющая
работу реле; д векторная диаrрамма Т Н 2 .
Ток сети /р питает первичные цепи трансреакторов TP 1 и ТР2
И наводит во вторичной обмотке каждоrо из них э. д. с. Ё == jki р,
ПРОПОРllиональную току /р и сдвинутую от Hero на 90° (рис. 11 10, 6).
Под действием э. д. с. в контуре вторичной оБМGТКИ возникает ток
,
287
1 = Е 1 р' отстающий от Е на уrол б, определяемый COOTHO
шением х и r контура. Напряжение на вторичных зажимах TpaHC
реактора и == 1 " с учетом что 1 = J р' (; == k 2 / Р. Здесь k 2
комплексная величина, имеющая размерность сопротивления и
зависящая от параыетров трансреактора.
Вторичные обмотки Т Н 1 И Т Р 1 соединяются I\iежду собой встречно
(рис. 11 10, а), так чтобы на выходных зажимах образовалось
напряжение (; J == k 1 (; Р k 2 / Р' Напряжение (; IJ == k 2 ! р полу
чается с зажимов вторичной обмотки ТР 2 - Напряжение иl подво
дится К двухполупериодному выпрямителю В 1 , а и Il к ВЬШрЯI\iИ
телю В 2 -
Выпрямленные напря}кепия сопоставляются по веJ1ичине с по
мощью схемы сравнения на балансе токов или балансе напряже
ния. На рис. 11 10, а показана схема на балансе напряжения.
В качестве реаrирующеrо opraHa РО используются высокочув
ствительные маrнитоэлектрические реле или нуль индикатор на
полупроводниках с поляризованным реле на выходе. Сrлаживание
кривой выпрямленных напряжений и токов осуществляется KOHдeH
сатором или фильтром, запирающим путь переменной составляю
щей в обмотку реле РО.
Как видно из схемы, напряжение I (;) I и I (;н I и создаваемые
И IИ токи 1/1 I и 11 Il I направлены в контуре реле РО навстречу
друr друrу. Поэтому напряжение на зажимах тп реаrирующеrо
opraHa
u ро== \ k2ip I \k 1 U p k 2 / Р \.
Реле срабатывает, если I (;11 1> I 01 1. Условия начала работы
ре.;'1е характеризуются уравнением 1 (;11 I :=;: I (;1 I или
I k 2 / р I == I k1li р k 2 / Р 1. (11 14 )
Условия работы подобноrо реле на балансе токов аналоrичны
и выражаются таким же уравнением, так как /1 = и 1, а 111 = и В.
Разделив все члены выражения (11 14) на k 1 и 1 р, приняв, что .
k'/.I k J :::::=: z' /2, и учтя, что Zp == и р/ 1 р' удовлетворяющее условию
срабатывания (11 14), является zc.p' получим:
I I I zc.p 1==0. (11 15)
Уравнение (11 15) является уравнением окружности, проходя
щеЙ через начало координат, с диаметром z' (см_ рис. 11 10, в).
В этом можно убедиться, сопоставив уравнение (l1 15) с (l1 4),
приняв в последнем zft :=; О.
Следовательно, рассмотренное реле является н а п р а в л е н .
н ы м р е л е с о про т и в л е н и я.
Как у}ке отмечалось, у реле с такой характеристикой Zc.p завИ
сит от величины <Рр.
П ' ,
ри {()р == {()м.ч, rде СРм.ч уrол сопротивления z, zC.P === Z
и имеет максима.льное значение. При всех друrих значениях
288
q:>p Zc.p < z' и определяется из выражения zc.p == z' cos «(})м.ч (})р).
Последнее вытекает из рис. 11 10, в. Поскольку
, 2 k2
Z == k 1 ' то
величина z' и zc.p может реrулироваться изменением k 1 и k 2 , т. е.
коэффициентами трансформации (числом 'витков) ТН 1 И ТР.
Уrол (})м.ч определяется параметрами трансреакторв. ТР 1 и ТР 2 >
И может реrулироваться изменением сопротивления '. Обычно (})м.ч
принимается равным уrлу сопротивления защищаемоЙ линии и
колеблется в пределах от 60 до 800.
(11 16)
Выше аналитическим методом было показано, что рассмотренное реле яв
ляется направленным реле сопротивления. То же самое можно показать, исходя
из физической картииы зависимости величин 11 и 111 (или И 1 И ин) от местополо.
жения точки к. з. (рис. ll IO, е).
Действительно, реле работает при IИ Н I > I и1lили 1/ р I > 1I pZp 1 р ; 1:
сократив обе части на I р ' получим условие работы I { 1> I Zp 1. rдеz р
сопротивление до точки к. з. Рассмотрим более простой случай J коrда <Рр === <Рм.ч'
При этом векторы zp и z' совпадают по фазе, и условие срабатывания преоб.
разуется в выражение p z'.
При к. з. на участке. АВ (точка К 1 ) zp < z', поэтому реле будет работать, так
как при этом IИ III > ,и 11.
При К. з. за точкой В (в К 2 ) Zp > z', значит реле не действует, поскольку .
при этом IИ Il ' < IИ11.
При к. з. до точки А (в к з ) Zp отрицательно, в этом случае Реле опять не
действует, так как I Ин 1< I И11.
Приведенный анализ показывает, что соотношение IИ П I и IИ11 при выбранной
функциональной связи по выражению {11.13} зависит от местоположения к. з.
Устранение мертвой зоны. Для устранения l'леРТБОЙ зоны в pa
бочий и тормозной контур реле вводится одинаковая э. д. с. «па
мяти» Е п' создаваемая трансформатором Т Н 2' Первичная. ()б
мотка ТН 2 питается напряжением сети ил и с помощью емкости С
настроена в резонан при f == 50 2Ц. Схема включения ТН 2 на
напряжение сети выбрана так, 1.1.ТО Ел примерно совпадает по фазе
с и р , это видно из векторной )I.иаrраммы на Rис. 11 10, 2.
Для этоrо на вход Т Н 2 подается напряжение фазы, не подводи
мой к ТН 1 . Например, если и р == и Ав , то ил == и с .
Тоrда при близких двухфазных к. З., вызывающих снижения
и р до нуля, напряжение третьей неповрежденной фазы, подведен
ное к ТН 2 , сохраняется и обеспечивает работу реле за счет напряже
ния, обусловленноrо э. д. с. Е п'
10 н. в. ЧерноБРОБОБ
289
При трехфазных К. з. все напряжения падают до нуля. В этом
случае э. д. с. Е n поддерживается некоторое вреl\'IЯ за счет разряда
конденсатора с.
В течение времени разряда конденсатора э. д. с. «паI\IЯТИ»
создает ток в обоих контурах, обеспечивая работу реле. Чтобы I
свести к минимуму искажаю[цее влияние Е n на Zc.P' величина
этоЙ э. д. с. берется не больше 3 5 % нормальноrо значения U р.
По рассмотренной схеме на балансе напря}кениЙ с маrнитоэлек
трическим реле на выходе завод ЧЭАЗ выпускает реле сопротивле..
ния типа KPC 1 [Л. 961.
Для упро[цения анализа условие срабатывания (11 14) состав..
лено без учета конечноЙ чувствительности реаrирующеrо opraHa РО.
С учетом этоrо условие срабатывания реле примет вид I U Il I ==
== I UI I + I и о 1, rде и о наименьшее напряжение, которое нужно
подать в рабочую цепь (выпрямитель В 2 ) дЛЯ приведения в деЙствие
реле, при условии, что U I === .
Как и в предыдущем случае, напряжение и о создает некоторую
зависимость zc.p от тока /р (см. 1 I 5, б).
r) Направленное реле сопротивления с эллиптической харак-
теристикой
Р е л е, п о с т р о е н н о е н а с р а в н е н и и в е л и ч и н
т р е х н а п р я ж е н и й. Общий принцип выполнения pe:le
представлен на рис.
11 11. К реле подво
дятся три напряжения:
рабочее Uраб == 2ai p 11
два тормозных и; ==
и . ' , . ."
== р z r. и и т ==
.. ". Т
== Up z [Р. оки, со..
зда ваемые каждым из
этих напряжениЙ, сум..
и:"OPM== z1p и::иfт= Z'ip мируются и с помощыQ
схемы сравнения сопо
ставл яютс я с рабочим
TOKOl\I. В качестве pea
rирую[цеrо opraHa РО
служит нуль индикатор.
Ток в реаrирующем opraHe /р === I [раб 1 1/ торм t. ПоrраНИЧНЫl\l
условием начала работы реле является равенство
UpЩj=2 а i р
Рис. ll ll. Направленное реле сопротивления
с эллиптической характеристикой, на сравнении
трех напряжений.
/ р == ! i раб I 1/ торм 1:::= о.
(1 1 1 7)
Имея ввиду, что токи пропорциональны создающим их напря
жениям, заменим / раб И / торм соответСТВУЮЩИl\НI напряжениями,
тоrда уравнение срабатывания (11 17) примет вид:
2а/ р =:;: I (j р z' i р I + I (; р z" i р 1.
90
Деля все члены этоrо уравнения на Ip и заменяя U p lIp на Zc.P'
получаем:
I Zc.P z' + I zc.P z"l == 2а.
Найденное уравнение срабатыван.-rя совпадает с (11 5) и ЯВЛЯЕТСЯ
уравнением эллипса, проходящеrо через начало координат С БОJIЬ
шей осью, равной 2а.
Сопротивления z' и z" являются векторами, определяющими по-
ЛО)I{ение фокусов ЭJIлипса.
Рассмотренный способ выполнения реле С эллиптической харак.
теристикой относительно сложен.
Ниже ПРИВОДИТСЯ более простое выполнение реле с эллиптиче
ской характеристикой.
д) Реле на сравнении величин двух напряжений с использо
_ ванием переменной составляющей выпрямленных напряже
ний (или токов)
Реле выполняется так же, как и рассмотренные выIеe направлен.
HbIe реле сопротивления С круrовой характеристикой (рис. 11 1 О).
ОТJIичительными особенностями кон.
СТРУКЦИИ, позволяющими получить вме.
сто круrовой эллиптическую характери
стику, ЯВЛЯЮТСЯ:
1) использование пер е м е н н о й
с о с т а в л я ю щей выпрямленноrо
тока, в связи с чем пульсация послед
Hero не сrлаживается, а, наоборот, co
храняется;
2) применение в качестве реаrирую.
щеrо opraHa нуль.индикатора з а м е д-
л е н н о r о действия.
Упрощенная схема TaKoro реле по.
казана на рис. 11 ] 2. К реле ПОДВО.
ДЯТСЯ ДВа напряжения: 01 === Ор z' J p
. , .
п а Il == Z /р.
Первое является тормозным, а второе
рабочим.
Схема сравнения их величин может
ВЫПОJIНЯТЬСЯ на балансе токов или, как
показано на рис. 11.12, на балансе напряжений. В последнем
случае напряжение нц выходе схемыI
(; тп == I (; II I 1 (; 1 1.
{/Вых h Н
ни
т итn п
...
С,
4=i/p k;i"
ti u =-Ir i p
Рис. II 12. Реле с эллипти-
ческой характеристикой, ос-
нованное на использовании
переменной составляющей
выпрямленноrо тока.
(11.18)
Это напряжение ПОДВОДИТСЯ к зажимам нуль индикатора, работа
щеrо с выдержкой времени t === 0,01 C K.
Выходное напряжение. В схеме не предусматривается сrла)I{И
вающеrо устройства, поэтому выпрямленные напряжения I 01 I и
10*
291
I (j 11 I и выходное напряжение (j тп имеют пульсирующий характер
(рис. 11 13, а и 6) и состоят из постоянной и переменной с.паrающих
(СМ. 2 15). .
Из схемы сравнения и выражения 01 18) с.педует, что постоян..
ная состаВЛЯЮlll.ая вы одноrо напряжения и тп равна разности
постоянных состаВЛЯЮlll.liХ сраВ4
ниваемых напряжений 1 (j 11 ' и
1 О) ' :
Uт == I иlll \UEI.., (11..18а)
li
t
t
6)
а пере 1енная составляющая
и тп (и тn'-") rеометрической
разности переменных слаrаЮ 4
щих I (j 11 ',.." и f (;) !,-.,:
и тп", == I и 1I 1... I и 11..,- (11..186)
Как видно из (11 18a), вели..
чина постоянной составляющей
},,/ </п.., ''' И /
6=0; 'и о 1=141= и. и то =0
и)
.. ..
б'= ОО: (ив I=I 1= и
lJ тn ;: о; li тп ....= 21у I
tll U =1О.м сеА е)
Рис. 11.13. Напряжение и тn на входе нуль индикатора и
ero составляющие (постоянная и тп И перем нная. и тп ......)
при различных уrлах сдвиrа б между ИI и ИН.
выходноrо напряжения и тп эависит только от абсолютных эна..
чений 011 И и 1, которыми опреде.пяются величины их постоя н..
ных с.паrающих.
Величина же переменной слаrающей и тn, опреДelIяемая reOMe..
трической раЗНОСТblО состаВЛЯЮlll.ИХ I О Il 1,..... и I 01 1......' зависит как
292
от величины этих составляющих, так и от сдвиrа фаз ()' между
ними.
Величины I а 11 I и 1 а l ' в свою очередь определяются вели.
чиной сравниваемых напряжений ан и 01, а б' уrлом l) между
ними, поэтому переменная составляющая на входе нуль индика
тора в конечном счете зависит от величины и сдвиrа фаз между
сравниваемыми напряжениями а l и 01 J.
Переменная слаrающая выпрямленноrо напряжения прибли.
женно равна ero второй rармонике (см. 2 15) и имеет поэтому
в 2 раза большую частоту по сравнению с выпрямляемым напряже--
нием. 'в результате этоrо при l) ==: ro! /)' =::; 2т!, т. е. б' == 2б.
При б == О или 180 Q б' ==: О или 3600,. в этом случае переменные
еоставляющие ,a н 1,..., и 1 01 1..... совпадают по фазе и направлены
в контуре схемы сравнения встречно, поэтому напряжение U тn"'"
равно арифметической разности их абсолютных значений и имеет
наименьшую, чем при друrих значениях б, величину.
При l) 90 или 270 Q б' == 180 или 540 , переменные состав.
ляющие 1 а JI 1..... и I 01 1..... противоположны по фазе и направлены
в контуре схемы сравнения в одну сторону, вследствие чеrо U тn
равно арифметической сумме I 01 [ 1,.." и I О J I . в этом случае
пере}'vIенная слаrающая и тn ,..., на зажимах нуль.индикатора им ет
максимальное значение.
При l) > О, но меньше 9O Q , б' > О, но меньше 180 ; напряжение
V тп равно rеометрической разнрсти I 011 !..... и 1 01 I и имеет про-
межуточное (между максимальным и минимальным) значение.
Из сказанноrо следует, что величины И;"n,..., и и тп результи-
рующеm есть функция уrла б.
Условия срабатывания peJle. Время действия нуль.индикатора
!IIИ принято равным периоду переменной слаrающей 100 сЦ (который
равен 0,01 сек). При таком исполнении нуль.индикатор может сра-
ботать толы<о в случае, если и тп == и тп U тn"'" имеет поло.
;i\ительное значение в течение времени действия нуль индикатора
'Н<I == 0.01 сек (кривая 1 на рис. 11 13, z).
Следовательно для срабатьiвания рассматриваемоrо реле He
ходимо выполнить два условия:
. первое, как обьiчно для реле на сравнении двух величин,
lиIl\ IOII
(11.19)
и Второе, обусловленное замедлением нуль индикатора,
lвых. ПОЛ i ми == 0,01 сек,
( 11-19а)
rде f BbIx . НОЛ продолжитеЛЬf{ОСТЬ непрерывноI:'О положительноrо
импульса выiодноrоo напряжения U тn.
rрафически условия срабатывания показаны на рис. 11.13, е.
Кривая 1 напряжения и тп соответствует началу работы реле, так
как при этом tB-blХ.ПОЛ == t llи . Если кривая U тn расположена выше
кривой 1J tsbIx.noп увеличивается и условия работы реле улучшаются,
293
если же кривая И тп окажется ниже (кривая 2), то условие (l1 19a)
не выполняется tBLJx.nOJl < t ии и реле работать не будет.
Поскольку И тп == И тп И тп , то для обеспечения поrра..
ничных (начальных) условий действия реле необходимо Иl\ еть
такое преобладание ИН над И I , при котором синусоида итп
займет предельное положение, совпадающее с кр ивоЙ 1 на
рис. 11 13, 2.
Сопротивление срабатывания. Покажем, что!1U (равное
Ин Ид, а следовательно, и Zc.p зависят от уrла fJ сдвиrа фаз
между ОН и 01- Действительно, при совпадении фаз Orl и Or,
коrда fJ == о, поrраничным условием действия реле будет равен..
ство И П == И 1 . В этом случае постоянные и переменные слаrаю..
щие И тп равны разности соответствующих составляющих I 011 I
и I 01 1, вследствие чеrо О тп == о. Реле в
этом случае обладает наибольшей чувстви..
пzел , ьностью так как для ero срабатывания
достаточно незначительное превосходство И 11
над и 1 (рис. 11 13,a). Соответствующее этому
zc.p показано на рис. 11 14, вектором Zc.p.MaKc
С уrлом СРр == СРМ.:Ч- Это Zc.p == z', что следует из
раССl\lотрения уравнений (11 19). I
При fJ + о в И тп появляется переменная
составляющая И тn......' достиrающая максималь..
Horo значения при fJ == 90\ коrда И mп,--J ==
I О II ' + I 01 1,.....
При I Ин! I И 1 I постоянная составляю..
щая И тп == О И К нуль индикатору подво-
дится только И тп......, расположенное симметр ично относителрно ну"
левоЙ линии (кривая 2 на рис. 11-13, е). Условие (l1 19a) не
выполняется, и реле не работает. Для срабатывания реле необ-
ходимо увеличить О II на величину t1UfI, так чтобы кривая на-
пряжения И тп не имела отрицательных значений (рис. 11..13,е).
Условие срабатывания реле для этоrо случая можно выразить
равенством I (; н 1 == I (;1 I + t1И - (11..19б)
Срабатывание реле в этом случае произойдет при больше:\1 И II
а следовательно, и / р' так как И 11 == k/ р' чем это должно быть при
fJ == О [уравнение (11..19) J. Это означает, что Zc.p при fJ + о будет
меньше, чем при fJ == О, а уrол СРр вектора Zc.p будет отличаться
от СРм.ч : СРр + СРМ.Ч.
Чем ближе к 900 будет б, тем больший избыток ИН (t1И) необ-
ходим для работы реле, соответственно будет увеличиваться / р
и уменьшаться Zc.p.
Сопротивления Zc.p а следовательно и чувствителы..юсть реле
имеют наименыиее значение при fJ == 909, так как амплитуда И тп
В ЭТО 1 случае будет равна арифметической сумме иlI + И,,...,
и достиrнет наибольшеrо значения, чему соответствует максима..пь"
ная величина t1U в (11 19б).
+J,x
Рис. 11-14. Эллипти-
ческая характеристика
реле по рис. 1l 12.
294
Характеристика реле. Таким образом, коrда б О, реле имеет
наибольшую чувствительность (рис. 11 14) и ero зона действия
равна Zcp.MaKc z', т. е. равна диаметру АВ окружности, а коrда
б =1= О, чувствительность реле уменьшается и ero зона действия
сокращается, так как для срабатывания реле при том же Ир необ
ходимо большее, чем в предыдущем случае, увеличение I р (т. е.
И II ). При этом Zc.p получается меньшее, чем Zcp.MaKc (диаметра
окружности), что приводит К сжатию окружности и превращает
ее в э л л и п с (рис. 11 14).
Степень сжатия окружности характеризуется величиной малой
оси эллипса, ее можно изменять, включая емкость С 1 , которая
меняет относительное значение переменной составляющей в выпрям.
ленном токе.
Подобная конструкция реле сопротивления разработана ВНИИЭ
[л. 47] и применяется в дистанционных защитах ДЗ.2, выпускае
мых ЧЭАЗ.
1I 7. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧ КИЕ РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
а) Электромаrнитное реле полноrо сопротивления
Реле (рис. 11 15) состоит из двух электромаrнитов 1 и 2, подвиж
Horo стальноrо коромысла 3, закрепленноrо на оси 6, контактов 4
и противодействующей пр ужины 5. Обмотка Т питается током /Р'
а обмотка Н напряжением
сети Ир. мм 1 "7
На КОрОМhlСЛО 3 действуют MH .5
моменты: 3 6 ===
от тока. Fu А- F,-
М Т == k T / p (11 20) 11 т Ip
на за!\-1ыкание контактов pe{Ie, 2 фн фт 1
от напряжения -
Рис. 11-15. Электромаrнитное реле пол.
Ми == kиИ (11 21) Horo сопротивления.
на их размыкание и механический момент Ммех (пр ужины 5
И рения), противодействующий замыканию контактов.
в нормальном режиме сети отношение Up/l p == 2р таково, что М Т < (Ми +
+ Ммех), при этом 2р > Zc.p И реле не действует. В случае К. з. напряжение и р
меньшается , а ток J р возрастает и соответственно уменьшается тормозной MO leH])
Ми и растет рабочий моменТо М Т . При 2р 2с.р юмен'J1 М т ,;;:;: (Ми + lИ мех ),
реле срабатывает, замыкая свои контакты.
Поrраничным условием начала рабо:rы реле является равенство
моментов М Т == Ми + Ммех, при этом Zp;:;;: zc.p. Пренебреrая
моментом Ммех, С учетом (11 20) и (11 21) получаем:
k,}p ==kнИ .
295
Разделив обе части этоrо уравнения на k H и l , найдем сопро-
тивление, при котором происходит срабатывание реле:
и р y k T
Zc.p==T== k.
Р н
Уравнение (11 22) показывает, что ZC.P реле имеет п о с т о я н -
н у ю. величину, не зависящую от <РР. Хар актер истика TaKoro реле
изображается окружностью с радиусом V kT/k H и центром в начале
координат (рис. 11 7 .а). Таким образом, рассмотренное реле является
н е н а п р а в л е н н ы м р е л е сопротивления. Если в (11-22)
учесть Ммех, то
(11-22)
}/ kT Ммсх
ZC.P == k k [:1 .
Н Н Р
(11-22а)
Из этоrо выражения следует, что блаrодаря наличию механи-
ческоrо момента Zc.p зависит от 1 р.
б) Индукционное ненаправленное реле полноrо сопротивления,
реаrирующее на уrол сдвиrа фаз между напряжен иями и 1
и и 1 J, питающими обмотки реле
у стройство реле. Р ле выполнено на четырехполюсноЙ маrнит"
ноЙ системе с цилиндрическим ротором (рис. 11-16), применяемой
для ре.il.е мощности. На маrнитопроводе реле расположены две
оБМОТi{1I 1 И 2.
Обмотка 1 питается напряжением
U/== U + Ё,
а об 10тка 2..... напряжением
U П U p Ё,
(11-23)
(11-24)
rде а напряжение, пропорциональное напряжению сети (j Р;
Ё э. д. с.. пропорциональная току сети / р.
Напря}кение ИР подводится к реле через автотраНСфОр lатор
А тн с реrулируемым коэффициентом трансформации k l1 ;
U kHU Р.
Электродв.ижущая сила Е создается трансреакторами Т 1 и Т2'
первичные об1\'10ТКИ которых питаются током 1 Р. Вторичная э. д. с.
трансреактора равна:
,
Ё == jk T / p ,
(11-25)
она отстает'ОТ индуктирующеrо ее тока 1 Р на 909 и пропорциональна
ему по величине (рис. 11-16, б).'
При этом условии коэффициент k п характеризующий взаимоин-
дукцию между первичноЙ и вторичной обмотками трансреактора,
имеет постоянное значение.
296
Полярность включения вторичных обмоток Tl И Т 2 подбирается
таким образом, чтобы э. д. с. Е и напряжение и Иi\'lели соrласно
условиям (11 23) и (11..24) одинаковое направление в цепи обмотки 1
и противопо.пожное в uепи .
обмотки 2. {, { ,и
Принцип действия реле. Е 1'Е
Лод действием напряже
ний И. и И 1l В обмотках 1
и 2 возникают токи:
сдвинутые относител ьно на
пряжений на уrлы l и 2.
Токи J ( и 111 образуют Mar
н итные потоки Фl и Ф2'
смещенные в пространстве
на 900 и сдвинутые по фазе
на yro..7J 'Ф. Векторная диа
rpaMMa напряжений, токов
н потоков реле представ
лена на рис. 11 17, а.
Взаимодействуя с Бихре
выми токами в подвижной
системе, потоки создают
электромаrнитный MOMeHT
(см. 2 9, б)
МВ == kФIФ2 sin 'Ф. (11 27)
Как видно из BeKTOp
ной диаrраммы, уrол 'Ф ==
;:=: б ( 1 + 2)' Параметры uепей обмоток 1 и 2 подобраны при
помощи конденсатора С 2 с таким расчетом, чтобы 1 + В2 == 90 .
При этом уrол 'ф == б 900, а sin 'Ф == cos б. С учетом этоrо,
а также имея в виду, Что Фl =:: k.UI, Ф2 == k 2 U II , выражение (11..27)
приводится к виду
М э == k'U IUII COS б. (11..28)
Из полученноrо выра>кения следует, что знак момента pe..7Je Л{.
зависит от yr..7Ja б между напряжениями U J и U 11, питающими об..
мотки реле.
Условие начала действия реле, если пренебречь протпводеЙ..
ствием от механическоrо момента Ммех, выражается на основе (11..28)
равенством М э == О.
Из диаrраммы рис. 11 17, 6 видно, что это услови наступает при
I kHU Р I =::; I k j р 1.' . (11 29)
. O +Ё
/J=::; И
Zl
. й' Е
'в=::; Р. , (11..26)
22
,
I
Фr
Т2и
.........12l
фт
ир'
АТН
а)
- .
[р фт
9ОО
i = jkri/J
OJ
Рис. 1l 16. ИНДУI<uионное ненаправленное
реле полноrо сопротив енил
а устройство реле; б векторная диаrрамма
тонов И э. Д. с. трансреаКТОРОБ Т 1 И Т 2'
297
в ЭТОl\1 случае б == 90<;l.и, следовательно, cos б и Ма равны нулю.
Разделив обе части (11 29) на /р и k и , ПОЛУЧИl\I, что реле начинает
работать при сопротивлении
_ k T
Zp == k и .
При
I kи(;р I < I kTi p \
(1 1 30)
соrласно диаrрамме на рис. 11 17, е уrол б < 900. Поэroму cos б > О,
MO 'leHT Ма положителен и деЙствует на ЗaJ\lыкание контактов.
"
.
Ф2
l/п
0' 900
0')
о' > 900
8)
а)
%
i=
t ,
k-----Zcp Zcp
'с А 18
а)
б<90 Q
)
Рис. 11 17. Векторные диаrра:\1МЫ, по
ясняющие работу реле на рис. 11-16.
Разделив обе части неравенства (11 30) на 1 р и k ю наЙдем, что
п ри ЭТО 1
I Zp I < .
и
Если
lk и (; р 1> I kTi p 1,
(I 1 31 )
то, как видно из диаrраммь на рис. 11-17, 8, б> 900. Следова-
тельно, cos б < О и MOI\ieHT Ма деЙствует на размыкание контактов
реле. Из неравенства (11 31) находим, что при этом I Zp 1> kт/k и .
ТаКИl\1 образом, рассмотренное реле ре.аrирует на уrо.п сдвиrа б
между напряжениями О I И О Il, питающими об ,ютки ,реле, и ведет
себя как реле минимальноrо сопротивления, поскольку условием
ero деЙствия является выражение
I Zp I : ·
Это условие справедливо при любом СРр. Поэтому характеристика
TaKoro реле изображается в осях " х окружностью с центром в Ha
чале координат (рис. 11.7, а) и радиусом z' == kт/k и .
298
Если такое реле установить в сети (рис. 1 t [7, д), то оно будет
деЙствовать в обе стороны от места установки защиты (точки А),
т. е. на участке АВ и АС, с сопротивлением
k T
z АВ === Z АС ::::::: k.
н
Сопротивление срабатывания реле Zc.P можно реrулировать
изменением k п или k T , В первом случае меняется коэффициент
трансформации автотрансформатора напряжения А Т Н, а во BTO
ром число витков первичной обмотки обоих трансреакторов
Т 1 и Т 2 .
Рассмотренное реле можно препратить в реле сопротивления
со смещенной характеристикой, показанной на рис. 11 7, в. Для
этоrо нужно выбрать разную величину коэффициента k T в TpaHC
реакторах Т 1 и Т 2 . В этом случае э. д. с. Е, вводимые в цепь o
мотки 1 и 2, будут неодинаковы.
Центр окружности у TaKoro реле смещается по отношению I{ на-
чалу координат. На рассмотренном принципе выпускались реле
типов KPC 111 и KPC 112.
в) Индукционное направленное реле сопротивления, реаrи
рующее на уrол сдвиrа фаз между напряжениями и I и ин,
питающими обмотки реле
Конструкция направленноrо реле сопротивления изображена
на рис. 11 18.
Конструктивно реле выполнено так же, как и предыдущее реле
(рис. 11 16), но отличается от Hero параметрами обмоток и питаю
щими их напряжениями lj( и И 1 (.
Последние образуются из тока и напряжения сети (lp и Ир)
по (11 6), при ЭТО l принимается, что k 1 :::::: k H ; k 2 == z'; k3 == k;
k4 == О.
Обмотка 1 называется р а б о чей, она питается напряже
нием 0(, равным разности напряжения сети (I p и падения напря
u ,
жения в сопротивлении зоны деиствия защиты z при протекании
по нему тока 1 р, т. е.
(; 1 ::::::: k ll (; р 1 pZ' ,
rде k и коэффиuиент пропор циональности.
Падение напряжения IpZ' == И' называется к о м п е н с и
р у ю Щ и 1\1, так как оно компенсирует в напряжении Ир COCTaB
ляющую падения напряжения на сопротивлении участка линии
zд :::::: z'. Блаrодаря компенсации обмотка реле 1 оказывается под
ключенной не на напряжение Ир в месте установки защиты, а на
наПРЯ)I{ение в коние зоны действия защиты (точка М на рис. 11 18, в).
Вторая обмотка 2 называется п о л я р 11 З У Ю щей и пп
тается напряжением
. .
ИН == kИ р .
299
Напряжение сети подводится к рабочей обмотке через aBTO
трансформатор АН с коэффициентом трансформации k и . К поляри..
зующей обмотке напряжение и; подводится непосредственно.
Напряжение компенсации U' получается с помощью транс..
реактора тр (рис. 11 18, а и 6). Блаrодаря сопротивлению r резуль..
тирующее напряжение на вторичных зажимах трансреактора
О' ::::::: Е + 110 смещено относительно вторичной э. д. с. Е на
уrол б'.
2
/2
..........
2
С,
C z
..,
2
=iTH+4T7 tI}=Ф,М+ 7
I/j
а)
фл
8
/р
ф fiJ
0f1< E' M О
т; 1 Н' 1 Н 2
E=7K
о} В) z)
11 18. Индукционное направленное реле полноrо сопротивления.
Рис.
а ПРИИЦlfпиальная схема реле; б векторная диаrрамма трансреактора
т р; в зона действИЯ реле; е Еекториая диаrрамма токов И маrнитных
потоков реле.
Величина r подбирается так, чтобы дополнительный уrол
б ::::::: 900 .б' равнялся уrлу сопротивления защищаемой линии Л'
При выполнении этоrо условия напряжение компенсации /pz'
будет совпадать по фазе с падением напряжения до места к. 3.
О р == / pZv..
ПРИНЦИП действия репе. Напряжения и I и и 11 вызывают в об..
мотках реле токи 1{ и /11, которые создают маrнитные потоки ФI
и ФII, смещенные в прострацстве на 900 и сдвинутые по фазе на
уrол'Ф (рис. 11.18). Эти потоки образуют лектромаrнитный момент
М э == kФ}Ф2 sin 'Ф.
Учитывая, что потоки пропорциональны
М:. == k' /z/п si'n 'Ф.
токам, получаем:
( 11..32)
300
"
Величина и знак момента. а следовательно. поведение реле будут
опр деляться yr лом 'ф между токами 11 И II[ В обмотках реле.
Ток IIJ в поляризующей обмотке определяется остаточным Ha
пряжением Ир, и ero направление в обмотке 2 не меняется. Поэтому
уrол 'Ф полностью зависит от тока II В рабочей обмотке, направле
ние и фаза KOToporo в свою очередь определяются знаком и фазой
. . .,
напряжения ИI == Ир IpZ.
Векторные диаrраммы на рис. 11 19 позволяют определить знак
уrла ф. За исходные векторы при пос!роеНИ!l диаrраммы приняты
Ир и 'р. Ток 10 опережает
ИН == Ир на уrол В2, а ток 11
отстает от И 1 на уrол Вl' Зна
чения Вl и В2" определяются
параметрами обмоток 1 и 2 и
являются постоянными вели
чинами. Знак уrла Ф прини
мается ПОЛО)f{Ительным, Kor
да 1I опережает 111, и отри
цательным, если (, отстает
от I ll .
Еа
А
.
............
L 1
ZH2
а)
-'1 (Ф,l
Iz (Фf)
fЗ2
lIZ
In (Ф2 J
Iu (Ф2 J
Iz (Ф,J
ZH< .Cj.J<o,. <o
ZK<Z'; р>о,. ;>O
ZK;;>Z . Y'<o ' <O
z)
б)
О)
Рис. 1l 19. Векторные диаrраммы токов и маrнитных потоков реле при различ
ных случаях к. 3.
а участок защищаемой сети; б К. з. В пределах зоны защитЫ (точкз К.); 8 К. з.
эа преДелами зоны (точкз К 2 ); 2 к. з. эа шииами подстанции В (точка Кз).
При к. з. В К О Н Ц е з о н ы действия реле (точка 1\,1 на
рис. 11.19, а) сопротивление до точки к. З. ZK === z'. Поэтому пад
ние напряжения до точки к. з. И напряжение компенсации равны
по величине и фазе. В результате этоrо (; 1 == (; р i pZ' == О, сле-
довательно, ток и маrнитный поток рабочей обмотки. (/) и Фl)
равны нулю и реле не работает.
При К. з. В з о н е до точки М ZКl < Z', падение напряже
ния в сопротивлении ZКIИР < IpZ', поэтому BeKT 'p и 1 противопо
ложен Ир. Как видно из векторной диаrраммЫ (рис. 11 19. 6), ток 11
И ПОТОК Фl опережают III и Ф2t а утол Ф положителен. В резуль-
тате этоrо Ме> О и реле приходит в действие.
301
/
При К. 3. 3 а n р е Д е л а м и 3 О Н Ы (за точкой М) ZJ{2 > z',
вследствие чеrо Ир > /pz , вектор И[ совпадает по фазе с Ир.
Диаrрамма на рис. 11 19, в показывает, что ток /] вследствие изме
нения фазы напряжения И 1 изменяет свое направление на 180°.
При этом ток /1 И поток Фl отстают от /1] И Ф2' уrол 'Ф становится
отрицательным и реле не действует, так как М,* < О.
При К. 3. 3 а ш и н а м и подстанции в точке К з мощность
К. 3. И ток / р меняют свое направление, в результате чеrо напря
ение !{омпе!1С ЦИИ 1 pz' становится отрицательным. В этом случае
U 1 ::::::: U р + 1 pZ и совпадает по направлению, как и в предыдущем
случае, с вектором Ор. И3 диаrраммы на рис. 11..19. е видно, что
'Ф имеет отрицательный знак и поэтому реле не работает.
Таким обраЗОМ 1 фаза тока в рабочей обмотке зависит от мecтo
положения точки повреждения. Реле работает в пределах З0НЫ,
определяемой сопротивлением z'. При переходе к. 3. за пределы
З0НЫ фаза тока /1 меняет свое направление на 1800 и реле прекра
щает действовать. Реле реаrирует на направление мощности к. 3.,
так как при к. 3. за шинами В оно не работает.
В рассмотренных случаях при металлических к. 3. <Рр == <Рл == <р'
и блаrодаря подобранным параметрам обl\'lОТОК уrол 'Ф между TO
каl\'Ш: /[ и /11 равен 900. Поэтому реле имеет максимальную чув
.
ствительность.
При к. 3. через дуrу, при HarpY3'Ke и качаниях <Рр =1== <Рл Ha
пряжение компенсации и И р не совпадают по фазе, вследствие
чеrо уrол 'Ф между токами /1 И / II отклоняется на 900. Это
вызывает уменьшение момента М э и сокращение З0НЫ действия
реле.
Таким обраЗ0М, zc.p зависит от <Рр при ерр == <р' Zc.p == z', а при
всех друrих значениях <Рр zc.p < z'. Характеристика работы pac
C1\IOTpeHHoro реле изображается в осях (, х окружностью, проходя
щей через начало координат (рис. 11 7, 6) с диаметром z' и уrЛОI\I
u ,
максимальнои чувствительности <Рм.ч ::::::: ер .
T рапнение срабатывания реле можно определить аналитическим путем.
Для этоrо маrнитный поток Ф 1 рабочей обмотки представля тся в виде
двух составляющих: одной Ф 1н , обусловленной напряжением kHU p ' и второй
Фа, создаваемой напряжением / z' (рис. 11 18). Взаимодействие этих потоков
с потоком Ф 2 = Ир поляризующеи об:-,ютки создает два l\Ю.мента:
М 12 == k'Ф2 Ф IН sin 'Ф 1 == k;И и М 22 == k"Ф2 Ф 12 siп 'Ф 2 :::::;
== k;И р / р cos (СРм.ч СРр)'
Здесь учтено, что 'Ф2::::= СРм.ч СРр.
Начало срабатывания реле характеризуется равенством M 12 + М 22 == О,
откуда после подстановки и преобразования находится сопротивление срабатыва
ния реле соrласно (11 33).
Ир k;
zc.p == т == 11 cos (<Рм.ч ерр),
р 1
(11 ЗЗ)
....
302
Выра)I{ение (11 33) представляет уравнение окружности, про
ходящей через начало координат (рис. 11 7, 6) с диаметром 08 ==
k" .
=== k ==: Zc.p.MaRC. Оно также показывает, что Zc.p зависит от Ч'р'
1
Реле имеет максимальную чувствительность (наибольшее 2'с.р)
при СРр === Ч'м.ч, которое зависит от уrла сопротивления z'. Величина
<f)м.ч может изменяться с изменением сопротивления r в цепи TpaHC
реактора (рис. 11 18).
Р е r у л и р о в а н и е zc.P реле про изводится с ПО!v10ЩЫО
автотрансформатора АН изменением ero коэффициента трансфор
мации k и или изменением витков трансреактора, что непосред"
,
ственно меняет величину Z, т. е. уставку
реле.
1\1 е р т в а я з о н а. Из выражения
(11..32) вытекает, что при Ир == О И II И Ф2
равны нулю, в результате чеrо реле не
может работать, так как М э == о.
Это означает, что при к. з. В начале
линии, коrда Ир === О или очень мало, реле
не работает, т. е. имеет мертвую зону. Для
устранения мертвоЙ зоны предусматри
вается устроЙство, называемое «памятью»
осуществляемое с помощью конденсатора С 2
(рис. 11..18). При исчезновении Ир во время близкоro к. з. KOHДeHca
тор С 2 , заряженныЙ предшествующим нарряжением, разряжается и
посылает ток в обмотку 2. Параметры цепи обмотки подбираются
так, чтобы ток разряда конденсатора имел колебательныЙ характер
с частотоЙ 50 сЦ (рис. 11 20). Затухание тока 1 с происходит со
временем порядка 2 5 периодов, в течение которых взаимодеЙ
ствие потоков обмоток 1 и 2 создает момент М э , достаточныЙ для
деЙствия реле. Конденсатор С 1 (рис. 11 18) служит для создания
необходимоrо сдвиrа фаз между током и напряжением в обмотке 1
и желаемоЙ величины уrла максимальноЙ чувствительности. На рас..
смотренном принципе ЧЭАЗ выполнялись направленные реле
сопротивления типа КРС..131 и КРС..132.
4
t
Рис. 11 20. Кривая измс"
нении тока /2 в об:\ютке 2
реле на рис. 11 18 при
разряде конденсатора С 2 .
r) Индукционное направленное реле сопротивления для за..
щиты от двухфазных коротких замыканий (компенсацион
ное реле)
Реле и схеыа ero включения предложены советским специали..
стом А. 1\'1. Бреслером. Конструкция реле (рис. 11 21) выполняется
аналоrично индукционному реле мощности, но отличается от Hero
способом питания обмоток. Реле имеет две обмотки 1 и 2, которые
питают напряжения И ( и И II. Каждое из этих напряжениЙ пред..
I ста ляет собоЙ разност линеЙноrо напряжения в месте установки
защиты и напряжения компенсации, paBHoro падению напряже
303
ния от тока к. з. в заданном сопротивлении защищаемой зоны 1:
U 1 == U АВ (1 А 1 в) z'; }
( 11 34 )
И 11 == U ВС (i в i С) '.
Реактивная составляющая компенсируемоrо напряжения полу-
чается при помощи трансреакторов 7 и 5. Их вторичные э. д. с.
сдвинуты на 90 Q относительно первичных токов j АВ == j А j В
И jCB == ic jB И пропорциональны им, Т. е.
Ё 1 == j j АВХ'; Ё 2 == jicBx.
Коэффициент пропорциональности х' численно равен реактив-
'=-" IU , IU
нои составляющеи сопротивления z, пересчитаннои на вторичное
r6
r8
1/1
[в
It
РИL. 1l 21. I1ндукционное реле (системы А. М. Брес-
лера) для защиты от двухфазных к. з.
напряжение. Активная СОСТ ВЛЯЮЩая компенсирующеrо напряже-
ния получается как падение напряжения в активных сопротивле..
ниях и при про хождении по ним токов, пропорциональных
1 АВ И J св и получаемых от вспомоrательных трансформаторов 8 и 6.
Под действием напряжений О 1 И 011 создаются маrнитные по-
токи Ф] и Ф2' В результате взаимодействия этих потоков возникает
электромаrнитный момент
Ма kФIФ2 sin 11'.
(11..35)
Соотношение реактивноrо и активноrо сопротивлений в обмот-
ках 1 и 2 подби.рается одинаковым. Блаrодаря этому уrол сдвиrа 'ф
l\lежду токами 11 и 111 (или потоками Фl и Ф2) оказывается равным
сдвиrу фаз () между векторами напряжений И[ и Ин (рис. 11 22).
1 МОЖН9 считать, что реле питается компенсированными напряжениями их
и и 11' соотвеrствующими напряжению в конце" зоны дей твия защиты (точка М
на рис. 11 18, а). Поэтому яанное реле часто называется компенсационным.
за4
Учитывая, что'Ф === l) и что маrнитные потоки пропорциональны
напряжениям, т. е. Фl = I1 == И 1 , а Ф2 = 12 = И ll , преобра
зуем (11 35), после чеrо оно примет вид:
М э == kИ [иIl sin l) (11 36)
или
М э == k [ (; АВ (j А 1 в) z') [(; Бе
(jB ie) z'] sin 6.
Полученное выражение показывает,
что знак l\IOMeHTa, а следовательно, и
поведение реле зависят от уrла сдвиrа
фаз l) между векторами напряжений
01 и 011.
Если 0[1 опережает 01, то уrол l)
отричательный, при этом момент М э
положительный и действует на замыкание контактов. Если 011
отстает от 0(, то М э отрицательный и действует на размыкание
контактов реле, при этом уrол l) положительныI..
Таким образОМ 1 можно счиmаmы чmo реле реасируеm На порядок
чередования питающих ezo напряжений 01 И 011. Построив BeKTOp
ные диаrраммы напряжений И] и
И II дЛЯ трехфазных и двухфазных
к. з. при повреждениях в точке К 1
(в зоне защиты, ZK < z'), В точке К 2
(вне З0НЫ, ZK > Z/) И В точке К З
(за шинами подстанции, ZK < О)
(рис. 11 23, а), можно определить
знак yr ла l) и какое из двух под
веденных к реле напря
жен:ий (И I ИЛИ И 1 д яв
ляется опережающим.
В качестве примера на
рис. 11 23, б д показа
ны векторные диаrраммы
И 1 И И 11 для указанных
.,
выше повреждении при
двухфазном к. з. Из диа
rpaMM следует, что при
к. з. ДО точки М реле
работает, так как при
этом И Il опережает И I и не действует при к. з. В точке 1\.1 и за
ней. Подобный анализ работы реле [Л. 13, 23, 45] показывает,
что при всех симметричных режимах (трехфазные к. 3., наrрузки и
1\.ачания) И II отстает от И I , уrол l) положителен и реле не действует.
При двухфазных к. 3. реле работает в пределах зоны, определяе-
мой z'. При ZK > z', а также при направлении мощности к. з. К ши
нам реле не действует, так как в этих случаях уrол l) положителен
и ИII отстает от ИI.
м
N
Z'
lК/
Zl(2
а)
l
l1z
ZI( == z'
=o
J UZ
ZH<Z'
Мэ>о
tf
.w
ZI/ > Z .
N.J<O
"
'о=о
l/в
'о
2)
6)
а;
/в
G)
Рис. 11 23. Участо'l{ сети и векторные диа
rрЮ-1 !Ы к анализу работы реле на рис. 1l 21
при двухфазных К. з.
.....
.о
f3t'; j32
",,=0'
1iz (Ф2)
Рис. II 22. Векторная Диа
rpa:\!Ma, поясняющая работу
реле на рис. 11-21.
305
При двухфазных К. з. на зеМЛЮ реле работает в пределах той же зоны, что
и при двухфазных замыканиях без земли, обладая направленностью действия.
Исследования [л. 43] показывают, что при близких к. з. реле может не сработать
в случае двухфазноrо к. з. на землю и при определенном сочетании величин z'
и тока к. з. Реле реаrирует и на однофазные к. З., сохраняя направленность дей
ствия. Но в этом С.lучае зона работы реле значительно сокращается, вследствие
Qero оно не используется для защиты от этоrо вида повреждений.
Момент реле можно выразить через СИМl\Iетрич
11 ы е с о с т а в л я ю щ и е напряжений И 1 и ИН' В этом случае он получается
равным разности квадратов компенсированных напряжений обратной и прямой
последовательностей [л. 13]:
1И f) == k (1 й; 12 I iJ;. 12) === k (1 й 2 1 2 z' 12 1 U 1 i 1 z' 12), (1 1 37)
,
rде И и И составляющие прямой и обратноЙ последовательностей напря
жений И r н И II ;И 1 , И 2 , 11> 12 составляющие прямой и обратной последователь-
ностей напряжений (; АВ и (; ЕС и токов 1 АВ и 1 ВС'
. Ka следуе.т из. (11 37,) условием работы реле" явл ется неравенство
,U 2 '2 z '1 2 > ,и] '1z'12, при котором М:} > О. Это выражение показывает,
что при всех симметричных режимах реле не работает, так как составляющие И 2
и I'J..B этих режимах равны нулю. Выражение (1l 37) облеrчает анализ работы реле,
позволяя вести ero аналитически.
Рассмотренное реле может применяться в качестве направлен--
Horo дистанционноrо opraHa от двухфазных к. з. между любыми
фазаl\ПI. Для TaKoro реле не требуется пусковой opraH, так как оно
не реаrирует на наrрузку. Отечественной промышленностью выпу
скалось реле ти.па КРС-121, основанное на описанном принuипе.
ll 8. ТОЧНОСТЬ РАБОТЫ РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТОI\ ТОЧНОЙ
РАБОТЫ
Точность работы реле сопротивления характеризуется поrреш
ностью /1z == Zy Zc.P' которая показывает, насколько деистви
тельное Zc.p отличается от уставки
реле Zy.
Основными причинами, вызы"
вающими поrрешность в работе ре..
ле и появление заВИСИl\10СТИ ZC.P от
тока, являются: во первых, нали
Ip чие механическоrо l\юмента М мех И
друrих факторов, оrраничивающих
чувствительность конструкции, И,
BO BTOpЫX, нелинейность маrнито
Рис. 11-24. Зависимость zc.p от тока проводов и выпрямителей в uепях
в реле. реле.
На рис. 11-24 показан характер
зависимости Zc.p от тока Ip и возни..
кающей при этом поrрешности /1z."
При отсутствии механическоrо момента и друrих факторов, orpa
ничивающих чувствительность реле, характеристика срабатыва..
ния не зависит от тока 1 р и изображается прямой 1 (zc.P == Zy).
Действительная характеристика реле представляется кривой 2.
Zcp
е.р МЦII
"
1 тОIlИ
,
I тоун
1 идеаJ1ьная хараи:теристика; 2
действительная характеристика.
3Об
Рассмотрим ее особенности. При Zc.p == О, имеющем место при Ир == О, реле
срабатывает только при определенном значении ТОКа [с.р.мин, который должен
в этом случае преодолеть сопротивление механическоrо момента и друrих факто
ров, обусловливающих конечную чувствительность реле.
При малых токах J р' соизмеримых с величиной [с.р.мию поrрешности реле
особенно велики. Это объясняется большим значением поrрешности 6.z, обуслов-
ленной механическим моментом. .
,. По мере увеличения тока [р значение поrрешности 6.z уменьшается и в cpeд
неи ЧастИ характеристики поrрешность становится настолько мала, что ею можно
пренебречь. считая, что zc.p == Zy'
При больших значениях [р начинает проявляться насыщение маrнитопрово
дов и нелинейность выпрямителей, в результате чеrо поrрешность 6.z снова Hapa
стает, а zc.p уменьшается.
Из кривой 2 следует, что каждое реле сопротивления может
работать с достаточной точностью только в определенном диапазоне
токов 1 р' Принято, ЧТО для дистанционных реле поrрешность Llzp
не должна превышать 10%.'
Из этоrо условия по кривой zc,p === f (1 р) определяются токи
точной работы реле l;очн и I;очн, при которых поrрешность равна
10%, а zc.P === 0,9z y .
В современных конструкциях ток точной работы в начальной
части характеристики составляет 1 7 а.
. При выборе уставок реле сопротивления необходимо проверять,
что при к. з. В конце зоны действия реле II\,з.мин ;:::: I;очн, а 1 K.3.MaJ\C
1 "
точн.
Если эти условия не будут выполнены, то поrрешность реле
превзойдет 10%.
lI е 9. ДИСТАНЦИОННЫЕ OprAHbI ЗАЩИТЫ
а) Требования к схемам включения
Дистанционные opraHbI, выполняемые с помощью реле сопро
ТlIвления, должны включаться на ток и напряжение сети по таким
схемам, при которых сопротивление zp на зажимах реле ПРОПОРЦИО е
нально ,рас тоянию 11\ до места повреждения и не зависит от вида к. з.
Для выполнения поставленных условий напряжение Ир ДОJIЖНО
равняться падению напряжения до точки к. з. 1 к.зZк, а ток 1 р
току 11\,з, тоrда
Ир JJ\.эZIC
Zp === т J == ZK == Z уд l1\'
Р 1.,3
Исходя из этоrо дuстанциОНЯblе Ор2аны включаются на наnря
жение и ток петли к. з. Для обеспечения правильноrо действия
дистанционных opraHoB при двухфазных к. з. нужно установить
три opraHa, реаrирующие на повреждения между фазами АВ, ВС
и СА. Применяются схемы и с одним дистанционным OpraHOl\'I, но
в этом случае ero нужно переключать на напряжение и токи СООТе
ветствующих фаз в зависимости от Toro, какие из них повреж...
дены.
307
"
Схемы включения, обеспечивающие при междуфазных К. 3.
пропорциональность между Zp и [К' оказываются неприrодными
в условиях замыканий на землю. Поэтому реле, реаrирующие на
междуфазные к. 3., И реле, предназначенные для защиты от OДHO
фазных повреждений, ВКЛЮЧ8lОТСЯ по разнЫм схемам, paCCMOTpeH
ным . ниже. Реле, определяющие. удаленность места к. 3. не по со..
противлению, а по KOCBeHHЫ признакам, как, например, KPC 121,
включаются по особым схемам.
б) Включение дистанционных opraHoB, реаrирующих на Ме-
ждуфазные к. з.
Включение на междуфазные напряж ния и разность фазных
токов осуществляется соrласно табл. 11 1_
Такой способ включения (рис. 11 25) полностью отвечает по
ставленным выше условиям, в чем можно убедиться, определив
сопротивления на зажимах реле
т а б л и ц а 11 l при различных видах междуфаз
ных к. 3.
При Т р е х Ф а 3 н о М к. 3.
(рис. 11 26, б) все три дистанцион-
ных opraHa находятся в одинако-
вых условиях.
К каждому И3 них подводится
междуфазное напряжение, равное
VЗU ф. Фазное напряжение U ф
в проводе фазы от места установки
Реле
фаз
/р
Ир
АВ
ВС
СА
lA 18
18 ic
jc i А
и АВ
и вс
и СА
равно падению напряжения
реле до 'Точки К. 3.
Отсюда напряжение
и';' == V З I qIZlK == Vз I ZlylK' _
rne T ) ток трехфазноrо К.3., проходящий по фазе; ZIJ< сопро-
тивление прямой последовательности фазы от места установки реле
до точки К; lK расстояние до места
повреждения; llY удельное сопротив
ление прямой последовательности фазы
на 1 КМ.
ТОК В каждом реле равен rеометри-
ческой разности токов двух фаз, т. е.
и СА 1 р == Vз" /';", следовательно, сопротив-
ление на зажимах каждоrо ре.пе
и ' 3 ' ..r 3 I 'ЗI
Ц3, Р r к ZlK l
Zp == l ' == VЗ iJ' == ZlK == ZlY к.
!8
18 !с
lc /A
148
{/8С
Рис. 11 25. Схема ВК.IIючения
дистанционных opraHOB.
При Д в у х Ф а 3 н о М К.о 3., например, между фазами В и С
(рис. 11-26, в) только один дистанционный opraH, включенный на
напряжение между поврежденными фазами В и С, получает напря-
308
жение, пропорциональное расстоянию lK. Это напряжение равно
падению напряжения в петле к. з., т. е. в фазах В и С. поэтому
U 2' == иве == 21 KZIK'
ТОК l ' == i B ie == 21 к . Отсюда находим:
''''1 и · иве 21 K Z IK
Zp ::::= /,2, .== 1 1 == 21 == ZlK == z ly lK.
Р В е к
При к. з. на фазах АВ и СА z ) находится аналоrично и будет
также раВН5!ТЬСЯ ZlK -= ZlylK.
ир
Zp::
Н р /р
/(
. ц,
ZK=ZylH
а)
lIP (J' и9' :::{j" tJz'H
I
Z'X
JP)
I1SJ
1т
1(
Kf,J}
А
.- в
с
А ZI:} :
в :j j, 12J +----
с \ ;2) ;ш
l/p(2J=u;;.=2h K f2J Z /I()
В)
Рис. 11 26. Короткое замыкание на защищаемой линии.
а схема сети; б 1'ОКИ И напряжения попрежденных фаз при
трехфазном К. з.; в ..... при l1.пухфазном К. з.
Пользуясь аналоrичным методом, можно показать, что и при
двухфазных к. з. на землю
[1.1) 1
zp == ZlK == ZlY к'
Таким образом, при всех видах междуфазных к. з. сопротивле..
ние на зажимах реле равно сопротивлению прямой последователь
ности фазы ZlK. Следовательно,
L (3i' 21
Zp = к И Zp == Zp == ZlK'
как это и требуется по заданным
УСЛОВИЯl\l.
Включение на междуфазное Ha
"ряжение и фазный ток осущест
вляется соrласно табл. 11..2. Анали..
зируя эту схему, можно убедиться,
что при трехфазных к. з. ZI .) ==
::::= V З ZlK, а при двухфазных в той
"1 2
же точке Zp == ZlK-
Таким образом, данная схема, удовлетворяя первому из задан"
ных условий zp = lю не обеспечивает BToporo условия, так как
i ) =1= z't'.
.т а б л и u а 11 2
Второй способ
Дистанцион
ное реле фаз
1
р
Ир
АВ
ЕС
СА
I А
I в
lе
и АВ
иве
и еА
309
Поэтому схема включения на междуфазное напряжение и фаз
ныи ток используется лишь для дистанционных opraHoB третьей
зоны, которые обычно совмещаются с пусковыми орrанами защиты
(см. 11 13). В этом случае нестабильность третьих зон при различ
ных видах к. з. допустима, поскольку третьи зоны являются резерв..
ными и работают только при отказе основной защиты.
При о"5еих схемах включения в случае двухфазноrо к. з.
(рис. 11 26, в) из трех дистанционныХ opraHoB правильно опреде..
ляет удаленность повреждения только один, включенный на напря..
жение между поврежден HbI:\HI фазами.
lt
ив
ир Ор
Ip=I(( i8)
J ФА
ВТ тр
1 2 .
ФВ
lA .....
[8
18 б)
а)
Рис. 11 м28. Включение дистанционных opra.
нов на разность токов двух фаз.
IC
10
Рис. 11 2i'. BeKTOp
ная диаrраl\1l\Iа то.
ков п напряжений
в месте установки
защиты при ДBYX
фаз HOl\1 к. 3. на фа
зах вс.
а с помощью BcnoMor TeJ1bHOrO трансформатора
В Т; б с помощью трансреактора Т.
Например, при к. з. между В и С (рис. 11 25, 11 27), сопротивле..
ние на реле 11 Zp == ZlK' а на зажимах реле 1 и 111 Zp полуЧ'ается
преувеличенным, так как подводимые к ним напряжениЯ U АВ
и иСА (рис. 11 27) превышают напряжение U ВС, а питающий их
ток (без учета наrрузки) в 2 раза меньше, чем ток 1 в 1 С в реле J 1.
Эти реле ведут себя так, как если бы к. з. произошло дальше деЙ..
ствительноrо места повреждения. Поэтому они не MorYT вызвать
неселективноrо действиЯ защиты.
Способы включения дистанционных opraHoB на разность токов
двух фаз в современных защитах основаны на использовании вспо"
моrателъных трансформаторов тока вт или трансреакторов ТР
с двумя пеРВИЧНЫl\IИ обмотками 1 и 2 (рис. 1 L 28)_ Каждая первич"
ная обмотка включается на ток соответствующей фазы (например,
А и В), так чтобы наводимые ими потоки в сердечнике вт или ТР
были направлены встречно и создавали результирующий поток
Фр == Фl Ф2' пр ::юорциональный разности токов, питающих
пеРВl1чные обмотки вт или Т Р. При этом условии ТОК вторичных
310
обмоток будет также пропорционален разности указанных первич
ных токов.
В защитах, выпускаемых отечественной промышленностью,
примен ется схема на рис. 11-28, б.
в) Включение дистанционных opraHoB, реаrирующих на одно'"
фазные К. 3.
ДистаНllионные opraHbI, предназначенные для определения yдa
ленноcrи мест однофазных к. З., включаются по так называемой
схеме с токовой компенса
II и ей. (рис. 11 29, а). Схема предусмат-
ривает три реле сопротивления, каждое из
которых включается соrласно табл. 11 з на
напряжение U ф фаз А, В и С и ток
i р == i ф + kзi о'
rде / ф ТОК той же фазы, что и напря
нне и ф; kЗ/ о ток, пропорциональный
ТОКУ нулевой цослеДовательности.
Коэффи llиент ПРОПОРllиональнссти k ===
Zo Z 1
3z 1
При таком значении /l сопротивление
на заЖИl'1ах реле при однофазных К. з.
U ф
Z C Р == . . ПОЛ У !Iается Р авным Z l co
. /ф + k310 I
противлению прямой последовательности До '1
места к. з.
Напряжение фазы А в месте установки защиты (в точке Р) U А == (; 1 + (; +
. 2
+ и о . Каждая состаВJJяющая и 1 , и 2 , и о В тОЧке Р равна сумме напряжения COOT
ветствующей последоватеJJ ьности в точ
Т а б л и ц а 11 3 ке К и падения напряжения той же
последовательности на участке КР. От..
сюда
и А == (и 1К + i 1 z 1 ) + (и 2К + j2 Z 2) +
+(и ОК + iozo),
rде (;1К' и 2к , (;ок напряжения пря.
мои, обратной и нуреврй . последователь.
ностей в точке К; 11' 12' 10 симметрич
ные составляющие :rOKa К. 3.; Zl, Z2,
Для доказатеJJьства Toro, что выбранная cxe
ма компенсации обеспечивает Zp == ZI' рассмотрим
однофазное к. 3. (рис. 1l 30), например на фазе А.
Соrласно табл. 11 3 сопротивление на зажимах
реле фазы А
и А
Zp == .
l А + k3i o .
(ll 38)
, Реле
фаз
Напря-
жен не
ТОК
А
В
С
i A +k 3io
j в + k 3io
ic +k 3io
и А
и в
и с
"'I(З!О"'"
lp KJlo
le+I(Jio
ид
lI8
а)
lIС
А В {
тр
Ш О
=1 !!1!.... 310 .!.
lJJф Ша [р 1( G}
Рис. 11 29. Схема вклю.
чения дисrанционных ор.
raHoB на ток i ф + k3io.
а трехфазная схема ВКЛЮ
чения; б схема для JlОЛУ
чення тоКа l ф + kЗl о .
311
2'0 сопротивления прямой, обратной и нулевои последовательностеи уча
стн:а КР. . '
Учитывая, что на поврежденной фазе й 1К + й 2К + и ок == О, получаем:
(; А == ilZ] + i 2 z 2 + iozo. 01 39)
Прибавляя и отнимая в правой части уравнения (1l 39) JOZ 1 и учитывая, что
для линий сопротивление ZI == Z2 И что для фазы А сумма
i 1 + i 2 + /0 === i А, \
получаем:
и А =:: i A Z l + /0 (Zo ...,.... ZI);
подставляя полученное значение U А в (11-38), получаем:
ZI [iA + ( zo Z1 ) 3io]
Zp == . . .
/А + k3/ 0
Принимая
получаем:
( 11 40)
.
k == 20 Zi
3z 1 '
Zp == Z1 == 2tylp.K.
(11 41 )
Выражение (11-41) справедливо
для замыкания на землю как
ОДНОЙ фазы, так и двух фаз.
Таким образом, сопротивление на
зажимах реле, включенноrо по
схеме с- токовой компенсацией,
пропорционально расстоянию до
места к. з. lк И не зависит ar вида
замыкания на землю и от COOTHO
шения токов J о и J ф.
Поэтому схема с токовой KOM
пенсацией полностью отвечает
требованиям, предъявляемым к дистанционным opraHaM, и полу-
чила всеобщее распространение.
и. B f=:}l" h
,.J .6. . о
[. 1. r
--=-- I I
itp = 1, -# Iz ф 10 ,.............. Zf'.zZ'ZO
Utp =/,z, -1/222 +/oZo
Рис. 11 зо. Однофаз ное К. 3.
При однофазном Н:. з. правильно работает толыю одно реле, включенное на
напряжение и ТОН: поврежденной фазы. Два друrих реле, включенные на TOI( и
на!:ряжение неповрежденных фаз, имеют 2'р > ZI' что не вызывает неселеl(тивноrо
деиствия.
При включении реле на фазный TOI( и напряжение без токовоЙ Iюмпенсации
(рис. 11 30)
[о ( .
zp == Z1 + r Zo z1).
, A
-..
в э:rом случае 2'р * ZI И имеет нестабилыюе значение, зависящее от отношения
1/1 А'
ДЛЯ выполнения ТОIЮВОЙ IЮl\шенсации часто применяется СХе:\Ш, приведен \
ная на рис. 1I 29, б. Реле питается ТOIюм чере промежуточныЙ трансформатор
или трансрею(тор т р с двумя первичными обмоТlШМИ. Одна из них WФ включена
312
на ток фазы /ф, а вторая Wo на ток 3/0. Их число витков подбирается так, чтобы
отн<?шение ф/wо l/k. Результирующий поток первичных обмоток Фрез ==
=:::::. Ф Ф + kФо = /ф + k3/ 0 , и поэтому вторичный ток tpaI-IСф'рр 13тор.а или BTO
ричная э. д. с. трансреактора будут пропорциональн.ы току /ф + k3/0.
Коэффициент k ЯВJIяется величиной комплексной, ПОСКОJIЬКУ Zo и Zl MorYT
иметь различные уrлы (соотношения х и '). Поэтому токи 3/0 и k3/ 0 должны иметь
соответствующий сдвиr по фазе. Учитывая, однако, что уrловой сдвиr между Zo
и Zl неве.rшк, И 1 без большой поrрешности пренебреrают, как это сделано в pac
смотренноЙ схеме. Обычно ft < 1.
r) У CJlовия работы дистанционных opraHoB при двойных за
мыканиях на землю
в сети с малым током замыкания на землю дистанционные за
щиты должны реаrировать на междуфазные К. з. И их дистанцион
ные opraHbI включаются на меж:дуфазные напряжения и разность
фазных токов. Как указывалось, в Тt2ких сетях возможны двойные
замыкания на землю (рис. 11 31). Защита в этом случае должна
отключать только одно место повреждения.
Исследование условий работы дистанционных защит при двой
ных замыканиях на землю показывает, что они не MorYT обеспе-
чить четкоrо l3ыполнения
этоrо требования.
Наи.пучшие результаты
получаются, если на уча
стке К 1 К 2 (рис. 11 31)
между двумя точками по
вреждения дистанционные
ор raHbI в ключены на фаз
ное напр яжение по схеме
с токовой КОl\lпенсацией,
а на участке l'лежду точ
кой повреждения и источником питания на линейное напр яже
ние и разность фазных токов. Для этоrо дистанuионные opraHbI
нормально и при отсутствии 1 о включены на линейное напря
жение и разность фазных токов. При появлении тока нулевой
последовательности, всеrда возникающеrо на участке между точ
ками замыкания на землю (K 1 и К 2 ), дистанuионные opraHbI,
установленные на этом участке, автомаТllчески переключаются на
напряжение фазы и ток / ф + k3/ o .
ff,
10=06 16 IoJO
nцтшще 10
...........{
о
l
о
/(2
1610=0
f111тOlllle
.
ж
i-H
Рис. 11-31. Условия работы дистанционных
opraHoB при двойном К. з. на землю.
11 IO. УПРОЩЕННЫЕ CXEJ'\1bI С УМЕНЬШЕННЫМ ЧИСЛОМ ДИСТАНЦИОН"
НЫХ OprAHOB
а) Трехсистемные и односистемные схемы включения ди..
станционных opraHoB
Дистанuионные реле относятся к числу сложных реле, в связи
с этим были разработаны схемы, позволяющие уменьшить количе..
ство дистанционных ор raHoB в защите.
313
Описанные в 11 9 способы включения дистанционных opraHoB
был!! рассчитаны на три реле. Схемы с тремя орrанами называются
т р е х с и с т е м н ы м и.
С целью упрощения можно применять схемы с одним дистанцион
ным opraHoM (о Д н о с И с т е м н ы е). В односистемных схемах
для правильной работы дистанционных opraHoB их необходимо aB
томатически переключать на напряжения и ТОКИ соответствующих
фаз в зависимости от Toro, на каких из них возникло повреждение.
Так, например, в односистемной схеме при двухфазном к. з. на
фазах А и В к ДИС'Fанци 'шному opraHY должны одводитьсS! напр'Я
жение И лв и ток I л IB' при к. з. на В и С И ВС И /в Ic.
. При двойных замыканиях в разных точках сети с I\lалым током
замыкания на землю на участке, rде /0 == О, к реле подводятся те
же токи и напряжения, что и в предыдущем случае, а на участке,
rде /0 =1!= О, pe e должно включаться на фазное напряжение (; ф
и ток 1 ф k3Io соrласно табл. II З.
Указанные переключения производятся с помощью промежуточ
ных реле, управляемых пусковыми орrанами защиты.
Для этоrо каждое пусковое реле должно работать только при
повреждении на определенных фазах. Такое свойство пусковых
opraHoB называется и з б и Р а т е л ь н.о С Т Ь ю.
На рис. 11 З2 показана упрощенная односистемная схема с пе
реключениями в цепях тока и напряжения дистанционноrо opraHa
защиты (РС). Эта схема применяется в защите, предназначенноЙ
для сети с малым током замыкания на землю.
Для облеrчения работы контактов переключательных реле при
больших токах к. з. 50 lOO а токовые цепи реле РС питаются через
вспомоrательные понизительные трансформаторы тока ВТ
(рис. 11 З2). Каждый из этих трансформаторов имеет две первичные
обмотки ВТ Ф и ВТ о и одну вторичную ВТ 2 . Обмотка ВТ Ф питается
током / ф соответствующей фазы, а обмотка ВТО током 10'
получаемым через автотрансформатор А То.
Ток первичных обмоток 1 ф и ток /0 трансформируются во
вторичную обмотку ВТ 2, в последней появляется ток
/ф + k3i o
/2== .
пвт
При I\lеждуфазных к. з. без земли /0 :::::: О, В этом случае ток /2 ==::
/ ф/пвт.
Коэффициент трансформации nвт обычно принимается равным
25. В результате трансформации токи, питающие реле РС, YMeHЬ
шаются в 25 раз, что весьма существенно облеrчает работу контактов
промежуточных реле, производящих переключения в токовых це..
пях РС.
Обмотки ВТ 2А , ВТ 2в и ВТ 2С соединены в треуrольник, цепь
Koтoporo проходит через нормально замкнутый контакт TOKOBoro
реле ТО, реаrирующеrо на ток З/ о' При rvfеждуфазных к. з. реле Т Q
не работает и при действии ПУСКОВЫХ реле поврежденных фаз к РС
314
.
полводится разность токов двух поврежденных фаз, получаемых от
соответствующих обмоток BTz (ДЛЯ упрощения чертежа схема перек
лючений СП на рис. 11 32 не показана).
При двойном замыкании на землю появляется ток /0' реле ТО
срабатывает и в заВИСIП\-IОСТИ от положения контактов пусковых реле
к РС подводится сумма
вт. тока поврежденной фазы и
2A ,...... ' G тока компенсации k3/ о, по
I
в'Т2в I I лучаемых от соответств ую
:::: то сп: РС щей обмотки ВТ 2 .
BТzc I I Переключения в цепях
:=; L J напряжения реле РС (рис.
lt.t (/8 (J С
I ш--' РС
t+tJL P
БJ
ТА
........
f
t
DTz
f
и)
БJ
Рис. 11 32. Упрощенная односистемная схема с одним дистан
ц.ионным opraHoM (РС).
а схема ТОКОВЫХ цепей; 6 вспомоrательный траНСфОР!\1аТОР В Т;
в схема цепей напряжения.
11 32, 'в) выполняются также с помощью пусковых реле. Они про
изводят необходимые переключения в цепях напряжения дистан
ционноrо opraHa так, чтобы к автотрансформатору АН ПОДВОДII
лась разность напряжений поврежденных фаз в случае междуфаз
Horo к. з. и напряжение поврежденной фазы при двойных: З31\lыка
ниях на землю. Односистемные схемы получили значительное pac
пространение. Более подробно они рассмотрены в [Л. 13, 23, 44].
б) Использование одноrо комплекта дистанционных ортнов
для нескольких зон
Наиболее часто один комплект дистанционных opraHoB исполь-
зуется для первой и второй зон. Это позволяет в 2 раза уменьшить
число дистанционных opraHoB в защите и поэтому широко приме
няется на практике.
Схемы с использованием одноrо комплекта реле сопротивления
для двух зон основаны на том, что нормально дистанционные opraHbI
включены с уставкой первой зоны; при к. з. за пределами первой
зоны уставка реле автоматически изменяется с первой на вторую
зону. Изменение уставки осуществляются пусковыми реле после
истечения вреl\lени, необходимоrо для действия первой зоны. На
рис. 11 33 приведена типовая схема (для одной фазы), осуществля
ющая автоматическое изменение уставки на дистанционном opraHe.
Нормально к реле сопротивления РС подводится напряжение, соот-
ветствующее уставке первой зоны, от автотрансформатора АН
315
через нижниЙ размыкающий контакт 2 промежуточноrо реле Р П:!.
Это реле непрерывно питается током через размыкающий контакт
промежуточноrо реле Р П ., управ
ляемоrо ПУСКОВЫМ opraHoM защиты
ПО.
При /к. З. пусковое реле ПО при.
ходит в действие и реле Р П 1 размы
АН кает цепь обмотки реле РП 2 . Послед
нее работает (отпадает) с выдерж
кой времени около 0,15 сек, доста_точ
НОЙ для действия первой зоны, и
переключает реле РС на ответвление
АН, соответствующее YCTaBK второй
ЗОНЫ. Если к. з. было в первой зоне,
то РС сраб?тывает до Toro, как РП 2 переключит ero уставку.
Если к. 3. произошло за пределами первой зоны, то после пере.
ключения уставки РС получит возможность действовать с YCTaB
кой ВТОрОЙ зоны.
...
l/p
Рис. 1l 33. Схема с одним KOM
плектом реле сопротивления для
первой и второй зоны.
11.11. ПРИЧИНЫ, ИСКАЖАЮЩИЕ РАБОТУ ДИСТАНЦИОННЫХ oprAHOB
На работу дистанционных opraHoB оказывают воздействие не.
которые факторы, искажающие величины Zp так, что при этом нару.
шается пропорциональность между Zp и расстоянием IK дО места
к. з. Эти искажения необходимо учитывать при выборе уставок во
избе}кание нарушения селективности и недопустимоrо сокращения
зон действия защиты.
а) Влияние переходноrо сопротивления
Переходное сопротивление в месте к. з. (рис. 11.34) обусловли"
вается r лавным образом появлением элеКТРИЧtСКОЙ дуrи, имеЮIдей
активное сопротивление r л.
Сопротивление на зажимах
реле РС при электрической
дуrе в Me CTe повреждения N
при двухфазном к. З., как
это видно из рис. 11.34,
равно: .
Z == U р === 2/,;.1\7Z. + JKr л
р 1 р 21 KN .
J к r п
== Z. + } 2 === Z.K + Z,
KN
(11 42)
fNj
Ем
ZHV I( I"M
м
Ih
1--- 4к = r,:jx,,,
ZN =lN +jxJ\I
ZM=r",+jx M
Рис. 11-34. Влияние электрической дуrи в
месте К. з. иа сопротивление z (ZlK' r 1Kt
р и к
Х.К сопротивление линии между точкои
- и местом установки защиты).
rде Z.K сопротивление прямой последов тельности до места к. З.;
rlJ сопротивление электрической дуrи; I.KN, ток к. з. от источ
ника питания N, проходящий через реле; 1 к ток К. 3., протекаю
316
. .r 8 I
щии через Ayry, равный 1 J<N + 1 J<M; f1z == k 2 I!, при этом k == l к > 1 .
J<N
Из этО20 выражения вытекает, что реле пОЛНО20 сопротивления
воспринимают появление переходНО20 сопротивления как удаленtЮ
дейсinвитеЛЬНО20 .места к. з. на величину Дz.
В результате этоrо зона действия' реле сокрашается и возникает
ВОЗМОЖНОСТh отказа защиты в конце расчетной зоны и неселектив
ной работы предыдущих защит. Величина сопротивления дуrи не
.,
поддается точнои оценке.
В начальный момент повреждения длина э.пектрической дуrи
минимальна, в дальнейшем дуrа удлиняется, вследствие чеrо сопро
'тивление r n возрастает. Поэтому на защиты с выдержкой времени
дуrа оказывает большее в.пияние, чем на защиты, деиствующие MrHO-
ве нно.
б) Влияние токов подпитки от промежуточных подстанций
В ряде случаев между местом установки защиты и точкой повре-
ждения оказываются включенными источники питания N, дающие
дополните.пьныи ток J J<N К месту к. з. (рис. 11 35, а). Этот ток не про
ходит через реле, но, создавая дополнительное падение напряжения
в сопротивлении поврежденноrо участка, уве.пичивает напряжение
на зажимах реле, а вместе с ними и Zp.
N
//(Н
N
('OJ
........
l"
//(
ff(N
/(
и
............. ...............
Iки=lр Iкм
I Z ' "
1л z'k
а)
Рис. 11 З5. Иси:ажение замеров дистанционных орrаНОБ.
lf/(
,
Z1Л
l 1К
б)
а вследствие подпитки токами К. З.; б вследствие разветвления токов 1<.. з.
Напряжение на реле с учетом подпитки paBHO
Ир == lкмz;л + (lKA1 + lKN) Z;K-
Ток в реле
lp == J J<M,
отсюда
и . 1 +1
р . + J< м KN" . k "
Zp т Ztл 1 ZIJ< ZIЛ + p Z lK8
Р КМ
J K
Коэффициент kp == 1 > 1 называется к о э Ф Ф и u и е н т о м
кМ
р а с n р е Д е .п е н и я (или подпитки).
При наличии подпитки сопротивление на зажимах реле оказbL
ваеmся большим! чем действительное сопротивление прямой nосле-
(1 1 43)
. 311
довательности до места к. З., что nриводит к сокращению зоны
вторых u третьих ступеней защиты. Чем больше ток подпитки
1 KN, тем больше искажается (увеличивается) сопротивление Zp.
.
в) Влияние разветвления токов при сочетании одинарной ли-
нии с параллельными
При сочетании одинарной линии с двумя параллельными
(рис. 11 35, б) линиями реле, установленное на одинарной линии,
замеряет преуменьшенное сопротивление при к. з. на одной из па-
раллельных линий. В этом случае
и р [11KZ J1 + (1 1к l;к) Z;K]; Iр == l 1К .
Следовательно,
I ['
, lК lк" . k "
Zp == ZlЛ + ZlK == ZlЛ + pZtK'
IlK
(11 44)
rде kp коэффициент разветвления токов, равный
l 1К l;к < 1.
l 1К
Влияние подпитки и разветвлений должно учитываться при pac
чете уставак дистанционных защит.
r) Влияние по решности измерительных трансформаторов
П о r реш н о с т ь т р а н с фор м а т о р о в l' О К а YMeHЬ
шает вторичный ток по сравнению с ero расчетным значением, что
вызывает сокращение зон действия защиты. У r л-овая поrрешность
искажает величину уrла {J)p сопротивления Zp и влияет таким обра
зам на работу направленных реле сопротивления, у которых Zc.P ==
== f (СРр)' Для оrраничения искажений в работе измерительных
opraHoB трансформаторы тока, питающие дистанционную защиту,
должны проверяться по кривым lО% ной поrрешности и удовлет
ворять им при максимальном значении тока к. з. в конце первой
зоны.
Поrрешность трансформаторов напря..
ж е н и я по коэффициенту трансформации невелика. Однако Be
личина вторичноrо - напряжения может заметно искажаться за счет
падениЯ напряжения в соединительных проводах, связывающих
реле с трансформатором напряжения. Подбором сечения соедини..
тельных проводов эти искажения сводятся к минимальному значе
нию. Уrловая поrрешность трансформаторов напряжения влияет
на работу реле таК же, как и трансформаторов тока.
ЗIВ
tt t2. ПУСКОВЫЕ OprAHbI ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
а) ФУНКЦИИ И типы пусковых реле и требования к ним
в односистемных дистанционных защитах и в защитах с одним
комплектом дистанционных (измерительных) opraHOB на две зоны
неоБХОДИl\1ъr пусковые opraHbI, подrотавливающие схему к правиль
ной работе при к. з. Пусковые opraHbI в этих защитах ВЫПОЛНЯЮТ
следующие функции:
1. Пускают реле времени второй, третьей и, если есть, четвертой
зон.
2. В схемах с одним комплектом измерительных opraHOB, для
первой и второй зон, автоматически изменякл сопротивление cpa
батывания измерительных opraHoB с первой зоны на вторую (см.
11 1 О, б).
3. В односистемных схемах подводят при к. з. К измеритеЛЫ-IЫl\1
opraHaM токи и напряжения поврежденных фаз (см. 11 lO, а).
4. Действуют в качестве резервной зоны защиты.
В трехсистемных защитах с самостоятельными комплектаl\IИ из
мерительных opraHOB для каждой зоны, выполненных с ПОl\lОЩЬЮ
направленных реле сопротивления, специальных пусковых opraHoB
не требуется.
В этих cxel\'Iax никаких переключений в цепях измерительных
opraHOB не производится. Измерительные opraHbI отстроены от
наrрузки. Пуск реле времени осуществляется измерительными
орrанами соответствующей зоны. В качестве резервной зоны слу
жит дополнительный комплект измерительных opraHOB.
В защитах. использующих для определения зоны реле реактивноrо сопро
тивления (такие защиты широко примеНЯЛИСh раньше в СССР), са!lюстоятеJIЬНЫЙ
пусковой opraH является обязательным. Реле реактивiюrо сопротивления реаrи
руют на наrрузку и ПОЭТОМУ нуждаются в opraHe, разрешающем их работу только
при к. з.
Пусковые opraHbI должны удовлетво
р я т ь т р е м о с н о в fI Ы М Т Р е б о в а н и я м. Они должны
обладать достаточной чувствительностью при к. З., иметь надеЯПlУЮ
отстройку от максимальноЙ наrрузки и по возможности не действ
вать при качаниях. Выполнение этих требований является трудной
в техническом отношении задачей.
В качестве пусковых реле дистанционной защиты применяются
rлавным образом токовые реле и реле полноrо сопротивления. Оба
типа пусковых реле должны быть отстроены от наrрузки, что orpa
ничивает чувствительность защиты при ){. З., особенно на длинных
и сильно заrруженных линиях. В связи с этим нашли применение
. U IU v
реле сопротивления со смещеннои круrовои, эллип тическои иоваль..
ной характеристиками, а также особые блокирующие реле (называе
мые иноrда «шорами» или фазооrраничителями). Блокирующие
реле применяются в сочетании с ПУСКОВЫМИ реле и позволяют
оrраничить их действие при переrрузках,что дает возможность по..
319
высить чувствительность защиты при к. з. Токовые реле и реле co
противления реаrируют на качания и не полностью отвечают Tpe
бованиям I{ пусковым реле. Поэтому защиты с подобными пуско..
выми реле дополняются блокировками от качаний.
Наиболее рациональной характеристикой nycKoBoro реле co
противления является характеристика, показанная на рис. 11 7, е
в виде заштрихованноrо четырехуrольника ОАВС, обеспечивающая
надежное действие защиты с учетом сопротивления дуrи в предеJIах
выбранной зоны действия (участок линии ОА). ДЛЯ обеспечениясна
дежноzо действия при К. з. характеристика срабатывания реле
должна охватывать заutтрихованную площадь ОКВС на рис. 11 6, д.
При такой характеристике реле не действует при Zp > ZК.З И поэ
тому возможность ложной работы защиты при переrрузках и ка..
чаниях сводится к минимуму.
б) Токовые пускрвые реле
Токовые пусковые реле, включенные на фазные токи. Токовые
реле при большой кратности токов к. з. обладают четкой избира..
тельностью как при двухфазных, так и однофазных повреждениях,
потому что в обоих случаях они действуют только на тех фазах, rде
протекает ток к. з.
защитах от междуфазных к. з. пусковые токовые реле ДOCTa
точно устанавливать на двух фазах, что позволяет обеспечить их
действие при всех видах междуфазных повреждений и необходимую
избирательность в односистемных и двухсистемных схемах дистан
ционных защит. ,
r лавный недостаток токовоё.О пуска состоит в том I что ОН реа..
ё.ирует на токи на2рузки и качаний так же как и на к. з.
. Ток срабатывания пусковых }Jеле приходится отстраивать от
тока максимальной наrрузки. Поэтому в сетях 110 кв и выше и осо..
бенно на длинных электропередачах с большой наrрузкой токовый
пуск оказывается недостаточно чувствительным.
Токовые пусковые реле проще остальных пусковых устройств,
поэтому их следует применять во всех случаях, коrда они обеспе..
чивают надежную чувствительность и отстройку от максимальной
наrрузки. Наибольшее ПРIJменение токовый пуск находит в дистан
ционных защитах сети 35 кв.
Токовые реле обратной последовательности. В некоторых .схе"
мах дистанционных защит в качестве ПУСКОБоrо opraHa пр-именяется
токовое реле, включенное через фильтр обратной последователь
ности.
Двухфазные к. з. СОПРОЕождаются появлением тока обратной
последовательности, и реле надежно действует. При трехфазных
к. з. 12 О, но практически все трехфазные к. з. возникают как
однофазные или двухфазные повреждения, переходящие затем
в трехфазные. Поэтому чтобы обеспечить пуск защИТЫ от реле обрат..
, ной последовательности при трехфазных к. з., предусматривается
320
особая схема, Ф и к с и р у ю Щ а я (заПОМИНaIощая) кратковре.
rvleHHoe или длительное появление 12 в первый момент возникнове.
ния повреждения. Эта схема рас;смотрена в IЗ 4 (рис. lЗ 4
и IЗ 5).
Преимуществом пуска 12 является недействие при симметричных
переrрузках и качаниях, а также высокая чувствительность при
к. з., поскольку 1 с.р реле обратной последовательности отстраи..
вается только от l нб фильтра, имеющеrо неБОЛЬШУIО величину.
Недостатком реле 12 является действие при качаниях и наrрузке,
если они сопровождаlОТСЯ появлением несимметрпи (12 и и 2 ).
в) Пусковые реле сопротивления
Схемы включения. В качестве пусковых MorYT использоваться
реле полноrо сопротивления ненаправленные и направленные с KPY
roвыми и эллиптическими характеристикаl\.fИ, которые l\IOrYT ВI\:ЛЮ
чаться на междуфазные напряжения и разность одноименных фаз
токов cor ласно табл. 11 1
или на ме}кдуфазные Ha
пряжения и ток одноЙ фазы
по табл. 11 2.
Первая схема
(табл. 11 1) обеспечивает Ic
стабильность зоны дейст..
вия при всех видах к. з.
(см. 11..19, б), что очень
важно, коrда пусковые
реле выполняют функции
дистанционноrо opraHa
третьей зоны защиты. Од..
нако эта схема не обеспе..
чивает избир ательности по..
вреж.денных фаз. При двух..
фазных к. з. (рис. 11..36, а) все три реле питаlarся током к. з. И
имеlОТ пониженное напряжение, поэтому при близких к. з. они
MorYT сработать все одновременно, что не позволяет выявлять по..
врежденные фазы по деЙСТВИIО пусковых реле.
С учетом этоrо первая схема ВКЛlочения должна применяться
как лучшая с точки зрения стабильности зон во всех дистанционных
защитах, не треБУIОЩИХ избирательноrо пуска.
В т о р а я с х е м а (см. 11 19, б, табл. 11..2) не обеспечивает
стабильности зоны действия реле при разных видах к. з., но поз..
воляет с некоторыми дополнениями обеспечить избирательность и
поэтому применяется в тех защитах, rде это свойство необходимо
(например, в односистемных схемах).
Сама схема включения не дает достаточно четкой избирательно..
сти при двухфазных к. з. Так, например (рис. 11 36), при к. з.
. на фазах В и С должно работать реле, ВКЛlоченное на напряжение
11 Н. В. ЧерноБРОБОВ
А
lI.4
. . 1.
ив=Uc = 2 и А
=o
.А
8
с
СВ
а)
6)
Рис. 11 З6. Векторные диаrра'ммы при К. 3.
а двухфазном; б однофазном.
321
U Бе и TOI{ 1 Б. Однако при близких К. 3. может также подействовать
и реле, в КЛlоче н ное на и еА и [ е , поскольку и СА == l,SU ф
(рис. 11.36, а), т. е. меньше нормальноrо, paBHoro 1,7ЗU Фt а ток
1 с == 1 K.S. ДЛЯ обеспечения четкой избирательности может BBO
диться взаимная блокировка между пус
ковыми реле (рис. 1 1 37).
Контакты пусковых реле соединяются по
парно, например ПАИ П В, П Б ИПс' П е и ПА'
как показано на рис. ll 37. При такой схеме в
случае двухфазноrо к. з. цепь пуска создается
cr-олько одним реле, включенным на напряжение
петли к. з. Так, при к. з. между фазами В и С
сработает реле П Б' ВКЛЮченное на и Бе и ток
J в, и заблокирует действие реле П С' которое пи..
rrается током К. з., протекающим по фазе с, не
позволяя ему сработать.
Однако при циклической блокировке за-
щита не будет пускаться при трехфазном к. з.,
коrДа срабатывают три реле. Поэтому преду
сматривается, что одно из трех реле, например П С ' блокируется реле П В только
при условии, что не работает реле ПА.
Блаrодаря этому реле П С будет работать при трехфазном к. з. и блокиро
ваться при двухфазном к. з. на фазах ВС. Во время двухфазноrо К. з. может сра-
ботать и третье реле сопротивления,
в ключенное на ток непов режденной
фазы (например, при к. з. на В и С
реле, питающееся током А), поскольку
напряжение на этом реле также по-.
нижается (рис. 1l 36). Для устране-
ния этоЙ опасности необходимо выби
рать уставки реле так, чтобы они не
действовали при токах наrрузки, если
питающее реле напряжение СНИЗИТСЯ
до 1,5 и ф.
\
Ненаправленные пусковые
реле сопротивления. Сопротив
...'1ение срабатывания Zc.P HeHa
правленных реле с I(руrовой
характеристикой 1 (рис. 1 1 38)
одинаково при всех значе
ниях СРр.
Блаrодаря этому реле с paB
ной чувствительностью реаrи
рует на наrрузку, качания и
к. З., не учитывая уrловоrо раз
личия вектора Zp при этих pe
жимах. Эта особенно ть реле оrраничивает ero применение в сетях
BbIcoKoro напряжения (110, 220 кв и больше).
Для исключенця действия пусковоrо реле в нормальном режиме
и при переrрузках ero сопротивление срабатывания Z .P выбира..
ется меньше минимальноrо значения сопротивления Z аб.МШi' воз..
IJ AB
иB
IJ CA
Рис. 11 З7. Схема взаимной
l1иклической блокировки пус-
ковых реле сопротивления.
322
+jx
1
+r
рис. 11 3 8. Сравнение характеристик
срабатывания н;шравленноrо и HeHa
правленноrо реле сопротивления.
Жирной линией и штриховкой OТMe
чена зона расположения Zc.p при
<Рр == rrllarp; АВ опротивление за-
шишаемои линии.
никающеrо на зажимах реле Б рабочем режиме (рис. 11 38), т. е.
" < . Uраб. мин
Zc. р Zраб. мин == J '
раб. макс.
rде и раб.мин минимальное рабочее напр яжение; 1 раб.макс наи-
больший ток наrрузки.
Чем Болыlle наrpузка, тем меныпе чувствительность nycKoBoro
реле при к. з. Поэтому на длинных линиях с большими наrрузками,
rде сопротивления на зажимах реле при повреждениях в конце ли
нии и при максимальной наrрузке близки друr к друrу по величине,
реле с круrовой характеристикой с центром в начаfIе координат ока..
зывается недостаточно чувствительным при к. з.
Характеристика ненаправленноrо реле весьма неудовлетвори",
тельна и по условиям качаний. Рабочая область реле охватывает
все четыре квадранта комплексной плоскости. Реле действует во
время качаниЙ при всех значениях Zр.кач < Zc.P независимо от
yr ла СРр.
Так как на длинных линиях пусковы реле имеют относительно
большие сопротивления 2 с . р ,. то реле на этих линиях оказываются
очень восприимчивыми к качаниям. Таким образом, можно сделать
вывод, что ненаnравленные реле не МО2ут служить для защиты длин
ных и сильно насруженных линий как по условиям чувствительности
при к. з. так и по условиям отстройки от качаний.
Ненаправленные реле применяются в качестве пусковых opra..
нов в сетях 35 к8 и на неДЛИJlНЫХ и мало заrруженных линиях в сети
110 КВ.
ПО сравнению с токовыми пусковыми реле ненаправленное реле
сопротивления отличается большей чувствительностью К к. з.,
так как оно реаrирует не только на увеличение тока, но и на сниже...
ние напряжения.
Пусковые направленные реле сопротивления с круroвой харак-
теристикой. Характеристика 2 направленноrо реле (рис. 11 38)
значительно л.учше удовлетворяет требованиям, предъявляемым
- к пусковым реле, чем ненаправленное реле с характеристикой J.
Это объясняется тем, что величина Z .p направленноrо реле зависит
от уrла СРр, а рабочая зона характеристики относительно невелика
и расположена в основном в первом квадранте комплексной пло...
скости. Блаrодаря этому реле обладает при к. з. большей чувстви..
тельностью,. чем при иаrрузке, и в меньшей степенИ реаrирует на "
качания.
Действительно, при металлических К. з. уrол СРр сопротивления
на зажимах реле Zp.K р-авен yr лу сопротивления линии и составляет
65 800, т. е. близок к CVм.ч реле. Поэтому при к. з. реле работает
с наибольшей чувствительностью и зоной действия Zc.P == ZC.P.M8KC
(вектор А С).
В режиме наrрузки с передачей большой активной мощности по
u "
защищаемои линии уrол сопротивления Zраб.мин меньше, чем при
I{. з., он колеблется в пределах 10 400. При этих yr лах Zc.P реле
11*
323
уменьшается на 20 50 по отн6шен ию к Zc. р. маке, что следует из
чертежа и уравнения срабатывания реле
Zc.P === Zc.p.MaKC COS (СРм.ч СРр).
TaI{Oe заrрубление реле при <рр == <Риаrр позволяет ДОПУСI{ать
большие наrРУЗI{И на линии по сравнению с ненаправлеННЫI\'1 реле.
Это наrлядно ПОI{азано на рис. 11 38, rде совмещены хараI{теристики
направленноrо и ненаправленноrо реле сопротивления 1 и 2, обла..
дающие одинаковой чувствительностью при к. з. (BeI{ТOp АС).
При качаниях направленное реле сопротивления может действо
вать, толы{о I{оrда BeI{TOp Zp == Zкач попадает в рабочую зону реле,
I{оторая в основном оrраничена первым I{вадрантом. Если Zкач Ha
Х()ДИТСЯ за пределами первоrо квадранта, то работа реле невозмож
на. ТаI{ИМ образом, направленное реле OT
строено от качаний значительно лучше,
чем ненаправленное.
Недостатком направленноrо реле я в..
ляется мертвая зона по напряжению, так
I{aI{ реле не работает при U р === о или зна
чениях, БЛИЗI{ИХ I{ нему. Этот недостаток
при двухфазных к. 3. устраняется при..
менением подпитки реле напряжением
третьей фазы.
Для устранения мертвой зоны при Tpex
фазных I{. з. устанавливается ТОI{овая от..
сечка или про ИЗВОДИТСЯ смещение xapaKTe
РИСТИI{И реле в cTopoHyrpeTbero I{вадранта,
посколы{у третья зона защиты работает
Рис. 11 39. Элдиптическая
характеристика срабаты
вания и ее сравнение
с круrовоЙ.
последнее допустимо,
с выдеРЖI{ОЙ времени.
При I{. з. через сопротивление дуrи r д направленное реле допу..
скает меньшее сопротивление, чем ненаправленное, что видно ИЗ
рис. 11 38 (r; < ' ). ОднаI{О, как ПОI{азывает опыт, чувств ител ь..
ность направленных реле ОI{азывается достаточной для беЗОТI{азноrо
ОТI{лючения повреждений с переходным сопротивлением.
Направленные реле с I{руrовой характеРИСТИI{ОЙ получили широ..
кое применение в качестве пусковых opraHOB в сетях 110 220
330 500 кв. Их применение особенно целесообразно на ДЛИННЫХ и
сильно заrруженных линиях элеI{тропередачи.
Пусковые направ.,l]енные реле с ов льной и эллиптической ха-
рактеристикой. ХараI{теРИСТИI{а реле 1 ПОI{азана на рис. 11 39,
с ней совмещена для сравнения характеристика 2 направленноrо
реле, имеющая вид ОI{РУЖНОСТИ.
Обе хараI{теРИСТИI{И имеюr одинаI{ОВУЮ зону действия (отрезок
АВ) при I{. З. СРр == fPм.ч.
Но при <рр:;t:fPм.ч реле с эллиптической характеристикой и.меюm
.меньшую область действиЯ 1 чем реле с КРУ20вой характеристикой.
Поэтому они неСI{ОЛЫ{О л-учше отстраиваются от наrрузки и имеют
меньшую возможность срабатывания при качаниях.
324
Реле с эллиптической харакпи ристикой допускают значительно
.меньшее переходное сопротивление r д в месте К. 3., чем реле с КРУ2080Й
характеристикой. Это является недостатком эллиптической харак"
теристики, который нужно учитывать при выборе малой оси эллипса.
Реле имеет мертвую зону при двухфазных и трехфазных к. з., ко..
торая устраняется так же, как и у реле с круrовой характеристикой.
r) Реле сопротивления с блокировкой, оrраничивающей де""
ствие защиты при переrрузке
Еще большее улучшение характеристики пусковоrо реле можно
получить, применяя комбинированный пуск из направленноro реле
сопротивления и блокирующеrо реле сопротивления смешанноrо
типа (рис. 11 40). Характеристика 2
реле смеша HHoro типа выражается ypaB
нением
и представляет собой прямую линию
под yr лом 900 + 6 к оси '. Величина k
в уравнении реле является проекцией
векторов Zc.p на перпендикуляр АМ и
имеет постоянное значение. На рис.
11..40 зона действия этоro реле заlpТРИ
хована. Блокирующее- реле отсекает
часть характеристики 1 реле сопротив
ления, не нужную для работы заЩИТQI
при к. з. Блаrодаря этому вероятность
неправильной работы при качаниях и
переrрузке сводится к минимуму. Соче
танием направленноrо реле сопротивле
ния и двух блокирующих реле, отсекающих правую и левую часть
характеристики 1, можно достиrнуть дальнейшеro улучшения
характеристики пусковоrо устройства.
В качестве блокирующеrо реле можно использовать обычные
реле мощности с уrлом BHYTpeHHero сдвиrа 60 и 300. .
k
z
с.р COS (tpp 6)
1I 13. СХЕМЫ ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ
х
1 I
R.
Рис. Il 40. Характеристика
комбинированноrо пусковоrо
орrаиа, состоящеrо из Ha
nравленноrо реле сопротив.
ления J и блокирующеrо
реле сопротивления 2.
а) Классификация. схем
Схемы дистанционных защит можно классифицировать по их
назначению, типам дистанционных opraHoB и принuипам построе..
ния. П о Н а з н а ч е н и ю схемы подразделяются на схемы защит
от междуфазных К. 3., ОТ замыканий на землю и от всех видов повре
ЖДений. П о т и п у Д и с т а н ц и о н н ы хор r а н о в раз-
личаются схемы с дистанционными ре.не полноro и реактивноrо
325
. сопротивления. П о в и Д у х а р а к т е р и с т и к и .схемы под..
разделяются на двухступенчатые и трехступенчатые, и, наконец, по
способам построения схемы можно разделить в зависимости от
числа дистанционных opraHoB в каждой зоне защиты на три rруп..
пы: т р е х с и с т е м н ы'е (с тремя дистанционными орrанами на
зону), Д в у х с и с т е м н ы е (с двумя дистанционными орrанами)
и о Д н о с й с т е м н ы е (с одним дистанционным opraHoM на зону).
В Советском Союзе применяются rлавным образом схемы с ди
станционными орrанами ПОЛНОrО сопротивления для защиты от
междуфазных к. з. Дистанционные защиты от замыканиЙ на землю
в СССР не применяются, поскольку от этоrо вида повреждения в ce
ти 110 кв и выше успешно используются более простые токовые
направленные защиты нулевой последовательности со ступенчатой
характеристикой.
Реактансные защИТЫ вследствие сложноети их схем и отсутствия
существенных преимуществ распространения в СССР не получили.
б) Общие принципы выполнения схем дистанционных защит
Дистанционная защита может применяться в качестве основной
защиты или резервной. В первом случае она дол:жна выполняться
трехступенчатой, обеспечивая посредством нервой и второй зоны
защиту линии с минимальными выдержками времени и с помощью
третьей зоны резервирование защиты следующеrо участка.
Во втором случае защита выполняется трехступенчатой, если резерв
пая защита должна дублировать основную зашиту, и по упрощен
НОМУ варианту с двумя или одной ступенью, если ее задача сводится
....
к резервированию защиты следующеrо участка и основнои защиты
своеЙ линии без соблюдения требования быстродействия.
В качестве дистанционных (измерительных) opraHoB в современ..
ных схемах защИТ используются r лавным образом направленные
реле с характеристикоЙ в виде окружности или эллипса, проходя
щиХ через начало координат.
Перспективными являются реле с характеристикоЙ в виде четы..
рехуrольника, изображенноЙ на рис. 11 7, е. Как было показано
в 11 12, эти характеристики обеспечивают наибольшую ЧУВСТВII
тельность при к. з. .и лучшую отст.ройку ОТ токов наrрузки и кача
ниЙ.
Ненаправленные дистаНЦl10нные opraHbI С круrовой характеРIl
стикой в сочетании с орrанамИ направления l\IОЩНОСТИ применяютсп
в односистемных схемах для защиты сетеЙ 35 КВ. В целях упрощения
для первоЙ и второй зон, как правило, используется один комплект
дистанционНЫХ opraHoB с переключением уставки с первой на BTO
рую зону (см. 11 10, б).
В схемах дистанционных защИТ, установленных на участках
сети, [де ВОЗМО:>i(НЫ качания, при которых заlцита может сработать
неправильно, предусматривается специальное блокирующее устроЙ..
ство (см. 13 2), исключающее действие защиты в этом режиме.
326
Все реле сопротивления MorYT непр.авильно работать при исчез
новении напряжения, вызванном неисправностями во вторичных
цепях трансформаторов наПРЯ}I{ения. Поэтому в схемах защиты пре
дусматриваеq-ся блокировка (см. Э 6 4), снимающая оперативный
ток с защиты в случае неисправности в цепях наПРЯ}I{ения. При
токовых пусковых opraHax блокировка не ставится, поскольку TOKO
вые пусковые opraHbI не позволяют работать защите в нормальном
ре}I{име. В этом случае достаточно иметь сиrнал об исчезновении
напряжения в цепях защиты.
В Советском Союзе распространены трехсистемные и односистем
ные схемы. Трехсистемные защиты отличаются от односистемных
большей простотой и четкостью схемы, большей надежностью и бы
РТа РС 1 Б Н
ру,
РС,3"1'
РС! L:..J
РВП рун
РПе
+ о),
РТО
РС
r 1
I РС(РClб) А Тн I
I
PC z
Рн
РВи
РП в
но
I
РС,пОР) I
I
I I
L J
А в.с
б)
Рис. 11-41. Трехсистемная двухступенчатая дистанционная защита.
а схема оперативных цепей; б схема цепей nepeMeHHoro тока одноrо реле.
стрarой действия в{:ледствие- arсутствия в них переключений в цепя х
тока и напряжения.
Трехсистемиые схемы. В качестве примерз; иллюстрирующеrо принцип
выполнения трехсистемных защит, на риС'. 11 41 приведена схема двухступенчатой
дистанционной- защиты. Схема имеет три направленных омметра первой зоны
PC l и три таких же омметра второй зоны РС 2 .
Омметры жестко включены иа междуфазные напряжения и разность токов
соответствующих фаз.
Поскольку защита выполняется без третьей зоны, а ее дистанционные реле
обладают направленностью, отстроены от наrрузки и не требуют никаких Пере
ключений в своих цепях, пусковые реле и реле направления мощности становятся
излишними и поэтому эти opraHbI Б рассматриваемой схеме отсутствуют. Схема
оперативных цепей защиты (рис. 1l 41, а) очень проста. При к. з. В пределах
первой зоны Дистанционные реле PC l соответствующих фаз приходят в действие
и замыкают цепь выходноrо промежуточноrо реле РП в' последнее срабатывает,
подавая импульс на откJIючение выключателя.
При к. з. во второй зоне действуют дистанционные орrаиы ре 2 , пуская реле
вре;\lени РВ н . ПО истечении установленной на нем выдержки времени контакты
РВ н замыкаются и за:\lыкают цепь реле РП в , При Действии защиты выпадают
флажки соответствующих указательных реле: РУ. или РУн и РУн"
Во избежание неправильноrо действия защиты при обрыве в цепях напря-
жения, питающих омметры, в CXei\Ie предусмотрена блокировка при помощи реле
327
РН. При повреждении в цепях напряжения реле РН ВЫВОДИТ защиту из действия,
снимая с нее плюс. Реле Р Н реаrирует и на к. з. С землей в первичной сети; чтобы
сохранить защиту в действии при подобных повреждениях, установлено реле РТО,
питающееся током нулевой последовательности. При замыканиях на землю реле
РТО шунтирует контакты реле РН, сохраняя, таким образом, плюс на защите
(см.rл. 6).
Блокировка защиты при качаниях осуществляется контактами Б/(, замыкаю
Щи-мися ТОЛЫЮ при к. з. Схема цепей псременноrо тока защиты прЙведена на
рис. 11 41, б. На схеме показан один
дистанционный Opr!lH ТИI]а КРС .IЗl,
вкл.ючен ый на и р == u АВ и lp ==
== I A I B ; остальные включаются ана-
На отJfЛI{) лоrично.
lfl'lше В [Л. 81] рассмотрена защита
ПЗ 2, предназначенная для сетей
11 о ззо К6. Защита состоит из :zwyx
ступенчатой защиты ДЗ 2, к которой
.цобавлена третья ступень, выполнен
ная с помощью трех направленных
реле сопротивления KPC l. Защита
имеет три направлеиных дистаНllИОН
нЫх opraHa, построенных иа схемах
сравнения на выпрямленном токе.
Двухсистемные схемы (рис. 1 42).
В Советском Союзе была разработана
и широко применялась двухсистемная
схема дистанционной -защиты типа
. ПЗ 158 и ПЗ-159. В этой схеме ОДИН
дистанционный opraH РС(З} (KPC 131)
служил для определения удаленности
к. з. при трехфазных к. з. и второй
РО2} тиПа KPC 121 дЛЯ действия при
двухфазных к. з. Цепи тока и напря-
жения подводились к обоим реле же-
стко без переключений.
В качестве пусковых реле ПО и
Дистанционноrо opraHa третьей зоны
использовались направленные реле со-
противления КРС lЗl. Защита имела блокировку от качаний и блокировку 01.1
исчезновения напряжения. Упрощенная схема защиты приведена на рис. 11.42.
Односистемные заЩI:fТЫ. Завод ЧЭАЗ выпускает односистемную защиту
Ifипа ПЗ 1 с реле мощности и сопротивления на выпрямленных TOl5ax. Защита
предназначена для сети 35 К6. Она имеет токовые пусковые реле, один дистан-
llИОННЫЙ opraH. выполненный по схеме сравнения, на выпрямленном токе и opraH
направления мощности на кольцевой фазочувствительнои схеме. Ток и напряжение
к дистанционному opraHY и opraHY направления мощности подводятся с по-
мощью промежуточных реле, управляемых токовыми пусковыми реле защиты.
Защита имеет три ступени времени.
Схема защиты подробно рассматривается в [Л.' 81 и 97].
I7рренЛЮI/t'/шр
!/стоВни РС
+
110
по
110
+
РЛ8ю.
Рис. 11-42. Упрощенная схема двух-
системной защиты типа ПЗ 158. Бло
КИРОВКИ от качаниЙ и исчезновения
напряжения не показаны.
II 14. СХЕМЫ ЗАЩИТ НА ПОЛУПРОВОДНИКАХ
а) Преимущества бесконтактных схем
Любая защита состоит из реаrирующих (измерительных) opra
НОБ НО и лоrической части ЛЧ, на выходе которой устанавливается
выходное репе Р вых, посылающее команду на отключение выклю-
чателя (рис. 11 43).
328
В защитах на полупроводниках с помощью последних вы..
ПОЛНЯIPТся как реаrирующие элементы, так и лоrическая часть,
в результате чеrо схема защиты получается б е с к о н т а к т..
н о й.
Бесконтактные схемы, выполненные на надежных элементах,
обладают большей надежностью и требуют меньшеrо ухода, чем
мноrоконтактные схемы с электромеха
ническими реле. Этими принципиаль-
ными преимуществами бесконтактных
схем объясняется имеющаяся тенденция
к их внедрению в релейной защите.
Устройство основных реаrирующих тн
opraHoB на полупроводниках (реле тока,
мощности, сопротивления) было разо
брано выше. Теперь кратко рассмотрим
общие вопросы по выполнению лоrиче-
..
скои части схем с помощью полупро... Рис. 11-43. Структурная
водниковых элементов. схема релейной защиты.
б) Лоrические элементы и выполняемые ими операции в схе-
мах защиты
Лоrическая часть защиты воспринимает сиrналы основных opra-
нов, реаrирующих на состояние сети, и по определенной предусмот",
.. .,
реннои схемои проrрамме в зависимости от характера и сочетания
поступивших сиrналов производит о пер а ц и и,. обеспечивая
действие или недействие защиты.
Лоrическую часть сложных защит мо:жно подразделить на не...
сколько составных элементов, выполняющих отдельные простейшие
операции. На ВХОД TaKoro простейшеrо лоrическоrо элемента Л3,
условно изображенноrо на рис. 11-44,
подаются сиrналы, которые при опреде-
ленном сочетании вызывают появление
выходноrо сиrнала. ПОД сиrналами в бес
Рис. 11.44. J10rический эле.. контактных схемах на полупроводниках
мент. подразумевается появление или изме..
нение напряжения на зажимах лоrиче-
" ских элементов. Если лоrический ЭЛt:..
мент не работает, то напряжение на ero выходе ивых равно нулю
или меньше заданноrо значения и с . р . При действии элемента
иных =#=0 или больше и с . р . Обыц.н.о ка}кдый сиrнал обозначается
определенной буквой и ему приписываются два условных цифро
вых значения: О и 1. Нуль означает отсутствие сиrнала, а еди-
ница ero появление.
Такое обозначение используется для условной записи лоrиче...
ских функций, характеризующих зависимость выходноrо сиrнала
от входных [л. 82 87]. Для облеrчения проектирования разрабо-
'Пlиа теория проектирования и анализа сложных лоrических схем,
DXOtlH mi XOOHoa
СUl//ОЛ 11 n ') СU3I1ОЛ
........ t./ ')( л, ,..........
I/ВЬ/Х
329
,
основанная на использовании математических дисциплин, в част...
ности алrебры лоrики.
Л()rические схемы релейной защиты относительно просты и пока
не требовали применения подобных методов анализа. Однако наи
менование основных лоrических оиер,аuий и формы их записи были
заимствованы из алrебры ЛОfИКИ и стали применятъсЯ: при рассмот",
рении бесконтактных схем защиты.
В схемах релейной защИ'f"Ы используются в основном три про.
стеиших лоrич-еских операции, условно. названные (как и в алreбре
лоrики) ИЛИ, И, НЕ.
Каждая из этих операций может выполняться с помощью кон...
тактных и бесконтактных элементов.
Схема, осуществляющая операцию ИЛИ, покаЗ'ана на рис. 1 ] 45.
Сиrналы на входе обозначены А, В и С, а выходной ситнал бук...
вой х. Сиrнал- Х на выходе схемы или возникает при появлении
хотя бы одноrо входноrо сиrнала: или А, или В, или с.
х
. или
А
и) В
С. б)
r
А А
r
В В
J r
С ............... С
и8х ивх= +и
6} е)
А
В
С
и8)(= и
а)
Рис. 11-45. Лоrическая схема или.
lJ УСЛОlJное изображение; б КОНТ8н:тная- схема; в... на актнвных сопротив",
.пениях; 2 и д на ПОJJУПРОВОl1НИКОВЫХ ДИОl1ах. I
На рис. 1 }.45, б приведена контактная схема, выполняющая опе...
рацию или. Контакты электромеханических реле А, В и С соеди",
няются в этом случае параллел-ьно. При срабатывании любоrо из
них появляется выходной сиrнал, поступающий на следующий эле.
мент схемы. В защите эта операuия очень распространена. Напри...
мер, по схеме ИЛИ выполняется пуск любой защиты (рис. 1 } 45, 6).
В этом случае рел'е А, В, С являются ПУСКОВЫМИ.
Б е с к о FI Т а к т н а я с х е м а или применяется ванало.
rичных случаях и может выполняться с помощью активных сопро...
тивлений, диодов или триодов. Схема или на активных сопротив"
330
лениях r показана на рис. 11 45, 8. При отсутствии напряжения и ВХ .
или, иначе ronоря., входных сиеналов на зажимах А, В и С сопротив",
лений " напряжение Их;;;;:: о. Это .означает, что Быходноrо сиrнала
нет.
При подаче напряжения И ВХ хотя бы на один вхо.ДНОЙ зажим А,
или B или С появляется напряжение U к == и вк If, т. е. возни
..
кает выходнои СИf'нал.
Схема с диодами (рис. 11 45, е) работает .анал.oQfИЧНО. Пр.и отсут"
ствии ВХОДНЫХ СИТН8Лов выходной сиrыал ИХ также Q'II'CYTCTByeT.
В случае появления ПОЛОЖИI1е111ЫfОro сиrнада {напряжения) на одном
из диодов А, ИJlIl В, ИЛИ С последний ()ткрывается и Haero выходе
в точке Х возникает положительный сиrнал ИХ == И ВХ /nf n ,
rде J д и ' д ТОК И сопротивле90е 'OTKpbIiforo диода.
На рис.. 11 45, д приВ€деiШ'З схема И Л И на диодах, применяемая
в тех случаях, коrДа в точке Х нормвль!Но дежурит ПОЛО.щителЬНQе
напряжение +Е. Подобные условия имеют lvle.cTO, еCJIИ элемент И Л И
подает сиrн.ал на ТРИОД УСWIИТeJiIЯ. При подаче Оlrридателъноrо на..
пряжения И вх на один из ЗЭЖJl1\ЮВ А, ИЛИ В, или С соответствующий
ДИОД открывается и на выходе схемы (на з.ажиме Х) появляется
отрицательное напряжение ИХ == И ВХ / nf n . Во .всех p.aCCMOTpeH
ных схемах в сопротивлении элемента ИЛJJ (, ИЛИF д ) теряется часть
энерrии, ПОДВОДИМОЙ к входу элемента. За счет этоrо мощность BЫ
ходноrо сиrна..,1а получается меньше входноrо, ПрОИСХQДИТ ослабле
иие сиrнаЛ8.
Схемы на триодах не р'ассматрив.аются так как они применяются
редк{).
В алrебрre лоrики операuия ИЛ И называется также лоrическои
суммой и обозначается знаком «+» или V. Она запиеывается в общем
виде уравнением: А + в + с == Х, rде «+» читается как ИЛИ.
Условное изображение элемента ИЛИ, примerняемое в структурных
схемах, привед:ено на рис. 11 45, .а.
Схемы; выполняющие операцию И (рис. 11 46). Сиrнал Х на
выходе этой схемы возникае'll' Т{)ЛЬКО при одновременном появлеНИII
сиrналов на всех входах сХем:ы (А и В нз рис. 11 4б). Подобная опе
; =1 и
/(1
RJ
А
+
о
А
8
Д!
(])
о)
б)
А D
2)
11 ДА
'
I
, В
I r ..........J R
Да .и.
Е А Ев .,. fo.ip 1
и)
х
Рис. 1 i 46. Лоrическая схема И.
а условное "зображен"е; 6 контакт"ая схема; е,2,
д сх:еМ'ы на полупроводниковых диодах.
331
. и U
рация имеет место, например, в схеме максимальнои направленнои
защиты, которая посылает импульс на реле времени, если сработает
токовое реле И реле мощности, или в схеме дистанционной защиты,
которая приходит в действие, если сработает пусковой opraH за
щиты И дистанционный, и т. д.
В контактных схемах операция И выполняется последователЬНЬ 1
соединением контактов реле А и В (рис. 11 46, 6).
Схема И с двумя входными сиrналами А и В, построенная на
диодах, по азана на рис. 11 46, 8. Нормально сиrналы А и В OT
сутствуют. При появлении сиrнала А в виде положительноrо напря
жения и диод Дl открывается и по сопротивлениям R 1 , R 2 проходит'
ток.
Потенциал точки Х равен падению нап.ряжения на R2' ero вели
чина мала и недостаточна для приведения в действие элемента, под"
ключенноrо к выходу схемы Х. .
При появлении только сиrнала В диод Дl закрыт и не пропускает
сиrнал В в точку Х. Если же сиrналы А и В появятся одновременно,
то сиrнал В закроет диод Дl' высокий положительный потенциал
от сиrнала А попадет в точку Х и поступит на элемент, подключен
ный к выходу схемы.
Аналоrично работает второй вариант схемы И, изображенной
на рис. 11 46, 2. При отсутствии сиrналов А и В диоды Дl И Д2
открыты. Выходное напряжение их равно падению напряжения
в Rl и R 2 t оно близко к нулю и недостаточно для действия элемента,
подсоединенноrо к выходу схемы. При появлении одноro из сиrналов
(А или В) напряжение их не меняется. Если же появятся два поло
жительных сиrнала А и В, то оба диода закроются и на выходе
схемы появится напряжение ИХ == и, достаточное для действия
элемента N.
В третьем варианте (рис. 11 46, д) напряжение их на выходе
схемы (в точке Х) появляется только при условии, что на все вход..
ные зажимы схемы А и В поданы напряжения положительноrо знака:
Е А и Ев > Е оп . При появлении только одноrо сиrнала, например
Е Ау диод ДВу не имеющий сиrнала, под действием Еоп шунтирует
выходные зажимы Х О, поэтому напряжение их == Ои выходнеЙ
сиrнал отсутствует.
Условное изображение схемы И показано на рис. ll 46, а. В алrебре лоrики
операция И рассматривается как лоrическое умножение, обозначаемое зиаК\>f\1
Х или А.
Условная запись этой операции имеет вид: АХ В==Х, rде знак умножения Х
читается как И.
Схема, выполняющая операцию Н Е (рис. 11 47). При OTCYTCT
вии входноrо сиrнала А на выходе схемы имеется сиrнал Х, при по
явлении входноrо сиrнала А Сllrнал на выходе схемы исчезает.
Сиrнал Х будет, если не будет сиrна'ла А.
Примером операции Н Е может служить схема блокировки за
щиты от исчезновения напряжения (рис. 11 47. 6). Нормально через
замкнутые контакты реле Н на защиту подается плюс. В случае
332
обрыва цепи напряжения (появляется сиrнал А) реле Н срабатывает,
ero контакты размыкаются и снимают плюс с защиты.
Аналоrичная операция в бесконтактных схемах имеет MHoro
вариантов исполнения. На рис. 11 47, в показана одна из схем НЕ,
выполняемая с помощью триода Т. Нормально на базу подано по
ложительное смещение. Триод Т закрыт. На выходе схемы Х под
держивается отрицательное напряжение, поступающее через R 2 .
При подаче на вход схемы А отрица
тельноrо сиrнала. триод открывается
и шунтирует выход схемы. Напря
жение в точке Х падает до нуля (если
принять, что сопротивление OTKpЫ
Toro триода R::;;;; О). Условное изо
бражение схемы НЕ показано на
рис. 11 47.
В алrебре лоrиl).И операция Н Е
называется л о r и ч е с к и.м о т р и
цанием или инверсией и за.. Рис. ll 47.
писывается в виде уравнения Х == А.
Элемент Н Е П р еоб р аз у ет пост у а условное изображение; б
контактная схема; в схема на
пающий на вход сиrнал на обратный триоде.
ПО величине и знаку. Напри.мер, если
на входе, т. е. на базе триода, сиrнал отсутствует и положитель
ным смещением ТРИОД заперт, то напряжение на выходе триода
эмиттер коллектор отлично от нуля, а зажим Х, имеет о т р и Ц а
7 е л ь н ы й знак. Если же на вход подан о т р и Ц а т е л ь н ы й
потенциал и А ;;::::; Ее, то триод открыт, напряжение эмиттеРRКОЛ
лектор равно нулю и зажим имеет п о л о ж и т е л ь н ы й потен
циал, т. е. о б р а т н ы Й в х о Д н о м у. Это своЙство эле
мента НЕ, выполненноrо на триоде, называют и н в р т и р о
в а н и е м с и r н а л а, а сам элемент НЕ инвертором. Та..
кое название нельзя считать точным, так как в электротехнике ин..
вертором называют устроЙство, преобразующее постоянныЙ ток
в переменныЙ.
1 '
) А
/+ Х
х
о
R,
"Ее
б)
Лоrическая схема
НЕ.
8) Дополнительные элементы лоrических схем
Кроме ОСНОВНЫХ лоrических элементов ИЛИ, И, НЕ имеются
дополнительные элементы. В качестве дополнительных элементов
.поrических схем применяются: у с и л и т е л и с и r н а л о в;
э л е м е н т ы з а .м е Д л е н и я на срабатывание и возврат (ocy
ществляющие ФУНКЦИИ реле времени и промежуточных .реле замед
ленноrо действия); Р е л е й 'Н ы е э л е м е н т ы, реаrирующие на
появление сиrнала; э л е м е н т ы п а м я т и.
Усилители служат для увеличения мощности ВЫХОДНЫХ сиrна
лов до значения, необходимоrо для надежноrо действия элементов
схемы, реаrирующих на этот сиrнал. Усилители применяются
на выходе схем сравнения измерительных opraHOB для обеспечения
333
надежной работы реаrирующеrо элемента и на выходе лоrических
схем (ИЛИ и И) в активных сопротивлениях, в которых, как указы
валось выше. теряется значительная мощность приходящих сиrна
лов.
В лоrических схемах обычно используются однокаскадные уси-
лители с нормально открытым или закрытым транзистором. Для
EH
RI1
и6ы)
'
f
и6 >0
2
Е
+ "
з
\
/("
2
о
"
БJ
с
а)
Iн В Iк f(lб)
6)
I н. маке
,1
I f
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
lh i
I;8x
Е/(
+
10
..
Н К
е)
Рис. 11 48. Однокаскадный усилитель мощности.
д)
а с нормально открытым триодом типа p п p; б с нормально закрытым триодом типа
p п p; в схема включения триода по схеме с общим эмиттером; е с общим коллек-
тором; д характеристика триода 1;' == f (1 б); е cxer.Ja работы триода 11 ключевом
режиме.
усиления сиrнала в измерительных opraHax в большинстве случаев
применяются ДBYX и трехкаскадные усилители.
Однокаскадный усилитель с нормально закрытым транзисто"
ром Т} показан на рис. 11 48, а. Транзистор Т 1 включен по
схеме с общим эмиттером 1, так как эта схема по сравнению
со схеr.лами с общей базой и общим коллектором (рис. 11 48, в и е)
обеспечивает наибольший коэффициент усиления по мощности.
1 В этой. cxe Ie Э tИттер непосредственно связан как с входным 2. так и с вы.
ходным зажимом 4 триода, т. е. является общим выводом CX MЫ. Потенциал об.
щerо вывода условно принимается равным нулю.
334
На входные зажимы 1 и 2 (база эмиттер) подается положи
тельное относительно эмиттера напряжение смещения +Ес и управ
ляющий сиrнал Инх, противоположныЙ по отношению к Ее поляр
нести (рис. 11 48, а). Результирующее напряжение база эмиттер
И б =:;;;:: Ес Иfi'f.. (11 45)
Коллектор транзистора проводимостью p п р ДQлжен получать
отрицательный по отношению к эмиттеру потенциал Ек, напря..
жение между коллектором и эмиттером И 9.К является ВЫХОДным Ha
пряжением усилителя и, как видно из схемы, равно:
И Э . К == Иных == Е к 1 KR K -
(11 46)
При И нх == О на базу подается положительное смещение Ее,
запирающее триод. В этом случае ток коллектора, питающиЙ на..
rрузку, 1 к == О, а коллекторное напряжение И к == EK (при ЭТОl\1
потенциал точки 3 имеет отрицательный знак).
При появлении входноrо сиrнала И вх > Ее напряжение на базе
(база эмиттер) соrласно (11 45) становится отрицательным, триод
Tl открывается, в наrрузке RK появляется ток коллектора I K , BЫ
ходное напряжение соrласно (11 46) уменьшается и в пределе при
полном открытии триода становится равным нулю, если пренебречь
очень малым внутренним сопротивлением OTKpbIToro триода. Вели..
чина коллекторноrо тока / к будет меняться с изменением тока баЗbI
I б (или напряжения базы Иб) (рис. 11 48, д).
Эта характеристика показывает, что при /б == /б.нае ток 1 в.
достиrает максимальноrо значения (1 к.макс == Е к / Rп:) и при дальнеЙ
шем росте 1 б не изменяется. Точке В соответствует (рис. 11 48, д)
п о л н о е о т к рыт и е т р и о Д а. Этот режим называется
режимом «н: а с ы Щ е н и я».
Начальной точке кривой А соответствует п о л н о е з а к р ы ..
т и е триода. Этот режим работы триода называется режимом «о т ..
С е ч к и». В промежутке между точками А и В триод работает в pe
)киме усиления. Усиление тока, осуществляемое усилителем,
характеризу ется коэффициентом усиления тока (3 == /к//б. Величина
(3 в зависимости от типа триода лежит в пределах от 10 до 100. Уси
ление по мощности определяется отношением выходной мощности
р вых == 1 RK К входной Р нХ === I'БRБ; с учетом, что 1 к == (31 б, получим
коэффициент усиления по мощности:
k M == Рвых == 2 !!в.
р вк Rб.
Различают два режима работы усилителя: режим л и н е й н о r о
у с и л е н и я, при котором триод работает на участке АВ кривоЙ
' к === f (/б), И К Л Ю Ч е в о й режим, коrда триод нормально закрыт,
а при появлении входноrо сиrнала И вх , которому соответствует
1 (j > 1 б. нпо С К а ч к о м переходит в режим насыщения и полностью
открывается (рис. 11 48, д).
335
В этом режиме триод работает как ключ или контактное реле,
замь кающее и размыкающее цепь наrрузки (рис. 11 48, е). Поэтому
такой режим работы усилителя называется к л ю ч е в ы м или
р е л е й н ы м. В схемах релейной защиты усилители обычно рабо
тают в ключевом режиме. Параметры усилителя, работающеrо
в ключевом режиме, подбираются так, чтобы при появлении BXOД
Horo сиrнала И ВХ (рис. 11 48, д) триод полностью открывался и да..
вал на выходе ток 1 к макс. ..
Усилитель с нормально открытым триодом показан на рис.ll..48,б.
Нормально при отсутствии входноrо сиrнала (И вк == О) триод Тl
открыт отрицательным напряжением (током), поданным через co
противление Rl на базу триода. Сопротивление триода в этом режиме
равно нулю, и поэтому наrрузка RH' подключенная на выходные
зажимы 3 и 4, зашунтирована.
При появлении положительноrо сиrнала, достаточноrо для за..
крытия триода, последний закрывается, наrрузка дешунтируется
и на ней появляется напряжение ИВЫХ == R:+ RRH и iOK 1 н ===
== Ивых/Rн.
Двухкаскадные усилители. Принцип выполнения и работа двух.....
J<acKaдHoro усилителя были рассмотрены в 2.
Триrrер 1. В бесконтактных схемах релейной защиты находят
применение двух каскадные усилители с положительной о б р а т..
н о й с в язь ю, работающие в релейном режиме: Такие схемы,
называемые т р и r r е р а м и, переходят из состояния недеиствия
(И вых == О) В состояние работы (И ВЫХ == И) MrHoBeHHo (СI<:ачкообраз"
но), если входное напряжение достиrает определенноrо значения:
И вх "?- И с . р . При снижении И вх до И воз выходное напряжение И вblх
MrHoBeHHo падает до нуля и схема возвращается в исходное состояние.
Такая схема работает как обычное электромеханическое реле.
Наряду с подобными самовозвращающимися схемами, называемыми
схемами с одним устойчивым состоянием, применяются триrrерные
схемы с двумя устойчивыми состояниями, действующие так же, как
и предыдущая схема. Она MrHoBeHHo переходит в новое состояние при
появлении и ВХ ;;;?;: И с.р, но остается в новом положении как уrодно
долrо, пока не появится новый сиrнал, -возвращающий ее вперво"
начальное состояние. Подобные схемы позволяk>т фиксировать по.
явление сиrнала, «запомнить» ero. '\
Имеется и третья разновидность это схема с одним. устойчи.
вым состоянием, возвращающаяся в начальное положение через
определенное время I воз . Такие схемы используются в качестве
элемента с замедленным возвратом, фиксирующеrо на некоторое
время появление сиrнала.
На рис. 11 49, а и б приведены схема и характеристика работы
триrrера с одним устойчивым состоянием и самовозвратом, выпол
1 Триrrер (trigger). анrлийское слово. означающее в переводе спусковое
устройство, курок (ружья) образно характеризует принцип действия схемы.
ЗЗб
няющеrо функции бесконтактноrо реле, т. е. работающеrо как обыч
ное реле. При И ВХ === О ТрИОД Т} закрыт, а Т 2 открыт. И вых на за
жимах тn мало (И ). Через общее для обоих триодов эмиттер ное
сопротивление R'i подается ток к эмиттеру Т 2 . Ток /92 создает паде
ние напряжения И 9 == 192R7И .
Принимая внутреннее сопротивление OTKpbIToro триода равным
нулю, можно считать, что выходное напряжение триrrера Иных ==
== И . Это напряжение мало и соответствует отсутствию ВЫХОДlIоrо
сиrнала. Напряжение И через цепь сопротивлений R6' Rl' R 2
nриложено между эмиттером и базой триода Tl' запирая последний.
Если входной сиrнал И нх И с . р (точка 2 на рис. 11 49, 6), то триод
Tl начинает открываться, при этом отрицательный потенциал,
подаваемый через сопротивлени R з на коллектор Т 1 И на базу Т 2,
т
. u&I;/з'
ЕI(
+
ио ь / х ч.
J
......
U8blX
I
f
t
u. /' ,
0'61;1(/3 15
z
l4x
п
а)
Рис. 11.49. Двух каскадный усилитель, работающий в релейном режиме (триrrер).
а схема; б диа['рамма работы.
начинает уменьшаться. Вследствие этоrо ТРИОД Т 2 начинает закры
ваться, ток эмиттера 192 уменьшается, что влечет за собой уменьш
ние Из, определяющее смещение на базе Т 1 . Это способствует OTKpЫ
I тию триода Т 1 И закрытию триода Т 2 из за снижения отрицательноrо
потенциала на базе последнеrо. Процесс протекает лавинообразно
и завершается полным открытием Т 1 и закрытием Т 2 .
В результате за крытия Т 2 И вых скачком увеличивается до Е «
(точка 3 на рис. 11 49, 6). Триrrер сработал_ Дальнейшее увели
чение И нх > Uc p не изменит И вых , так как оно достиrло CBoero
nредельноrо значения Е к . При уменьшении Ивх, подводимоrо к базе
т 1 до И воз и; === 1 Эl R 7, потенциал базы Т 1 становится положи
тельным и триод Тl начинает закрываться. В результате этоrо п
тенциал на базе.Т 2 начинает уменьшаться, вызывая открытие Т 2 -
l,aK и в предыдущем случае, процесс нарастает лавинообразно,
завершаясь закрытием Тl и открытием Т 2 . Выходное напряжение
и вых скачкообразно падает до и; и схема возвращается в начальное
состояние.
Лавинообразный процесс закрытия и открытия триодов проис
ходит практически MrHOBeHHO, Т. е. скачком, как это требуется от
устройства, работающеrо в релейном режиме.
337
Характеристика триrrера на рис. 11 49, б является типовой
характеристикой бесконтактноrо реле. При увеличении входноrо
напряжения от нуля до и с . р ==: и; выходное напряжение скачком
изменяется от И вЫХl до предельноrо значения И выхз ==: Е к И реле сра-
батывает. Напряжение, при котором происходит скачкообразное
увеличение выходноrо напряжения, называется н а п р я ж е н и е :м
с р а б а т ы в а н и я бесконтактноrо реле. При уменьшении вход-
Horo напряжения от И с . р до И воз == и; выходное напряжение скач...
ком падает от И выхз до И вых ! (точка 5); это означает, что бесконтакт..
ное реле вернулось в начальное положение. Соответствующее этому
входное напряжение и; называется напряжением возврата бес..
KOHTaKTHoro реле.
r) Лоrические схемы на типовых элементах
По условию производства, конструирования и эксплуатации
целесообразна т и п и з а Ц и я лоrических схем и выполнение их
на унифицированных типовых элементах. В этом направлении ве..
дутся разработки, в частности для промышленной автоматики
предложена серия лоrических элементов [Л. 54, 82) системы
лоrИКА. Эти серии MorYT использоваться' и В устройствах релеЙ-
ной защиты. В качестве OCHoBHoro типовоrо элемента в сер ии Т
системы лоrИКА принят элемент, построенный на сочетании ДВУХ
лоrических с.хем ИЛ И и Н Е. С учетом, что схема Н Е осуществляет
инверсию сиrнала, такой типовоЙ элемент называется также «ИЛИ
С ИНJ3ерсией».
Cxe :la ИЛ И выполнена на активных сопротивлениях R, а cxel\,ta
Н Е на полупроводниковом триоде типа p п p. Все остальные
Э.н:ементы лоrических схем выполняются в Биде различных сочетаниЙ
этоrо типовоrо элемента.
Схема элемента ИЛ И Н Е приведена на рис. 11 50,a. Здесь по
казано два элемента ИЛИ НЕ 1 и 2. На вход А, В, С элемента 1
подается сиrнал отрицательноrо ЗНака по отношению к общеЙ точке
. схемы О (И вх < О). При отсутствии сиrнала И вх == О, на базу триода
Т 1 подано положительное напряжение смещения +Е сы , триод Тl
заперт и на ero выходе имеется напр яжение И ВЫХ ::=:: И К == Е к.
При появлении отрицательноrо сиrнала И ВХ > Есм триод Тl
открывается и Ивых == о. Такой элемент ИЛИ НЕ обладает
вткноЙ особенностью. При подаче на ero вход сиrнала И вх , условно
принимаемоrо равным 1, выходноЙ сиrнал отсутствует, ИВЫХ == О,
а при входном сиrнале И ВХ == О выходноЙ сиrнал отличен от нуля
(или условно Ивых == 1). Эта особенность должна учитываться при
образовании лоrических схем ИЛИ, И, НЕ путем сочетания типо-
вых элементов «ИЛИ с инверсией».
Так. Д л я о с У Щ е с т в л е н и я л о r и ч е с к о й о п е ..
р а Ц и I:l ИЛ И необходимо соедlfНИТЬ последовательно два элемента
ИЛИ НЕ (ЭЛt.:мент 1 и элемент 2 на рис. 11 50). Тоrда при подаче
на зажимы А, или В, или С элемента 1 отрицательноrо сиrнала
ЗЗ8
ив'Х. ТрИОД 1 1 открывается, а триод Т 2 закрывается, в pe3YJ bTa'fe
чеrо на выходе элемента 2 ПОЯВJIяется сиrнал и вых === Еко При и вх ===
==: О сиrнал на выходе элемента 1 равен 1, а на выходе элемента 2
равен о. Таким образом, рассмотренное сочетание двух элементов
ИЛИ НЕ действует как лоrическая схема ИЛИ, при этом нали-
r 1
dлемент 2
L I --4
I ИЛИ НЕ E I
"'t
t
t
I
I
I
t
I
о I
I
+-Е, I
с I
L t
r "'"
Элемент 1
r
I или НЕ '.........
i:<'i J(
I I I
I I ... А I
: 81
, с,
1 I
; I
I
I I+Ec
I
L. L....
и)
А=1 Х , =(}
нлн, НЕ
НЛК НЕ Хз=l
8==1
ил НЕ Х 2 =О
А=О Х=l
НЛ!l, НЕ X==1l
J(ЛJ( НЕ 3
.J
В=1 КЛJl[ НЕ
Х 2 :О
6)
Рис. ll 50. Лоrические схемы иа типовых элементах ИЛИ НЕ.
а схема ИЛ И с усилением сиrиала; б варианты .поrических схем
иа элементах или НЕ.
чие триодов позволяет усилить сиrнал элемента ИЛ И, компенсируя
ослабление входноrо сиrнала в сопротивлениях R схемы.
Л о r и ч е с к а я о пер а ц и я И для двух сиrналов А и В
осуществляется путем соединения элементов ИЛИ НЕ по схеме
11 50, 6. В этой схеме каждый элемент 1 и 2 преобразует входные
сиrналы, равные 1, в сиrнал, равный О, а элемент 3 преобразует О
на выходе в сиrнал, 'равный 1. Выходы триодов элементов 1 и 2
соеДинены параллельно, поэтому ВХОДНОЙ сиrнал на элементе 3
339
равен О только пр и условии, что выходные сиrналы элемента 1 и
элемента 2 равны 1. В этом случае на выходе элемента 3 появится
сиrнал, равный 1. Если же хотя бы на одном из элементов 1 или 2
сиrнал равен о, то сиrнал на входе элемента 3 равен 1, а на выходе
элемента 3 о.
Элементы серии Т системы лоrИКА следует рассматривать как
пример типовых элементов. Окончательных общепринятых типовых
элементов пока еще не создано.
Элементы выдержки времени. В качестве элемента вьщержки
времени в схемах на полупроводниках применякл я KOHдeHcaTOp
ные реле времени, в которых для создания выдержки времени t p
используется продолжительность заряда (или разряда) конденсатора
С, включенноrо последовательно с активным сопротивлением R.
+ и с t
и( 1 e RC)
НI
U
1?2
t
а) б)
Рис. 11 51. nринципиальная схема конденсаторноrо реле времени.
а схема реле; б зависимость и с == f Щ.
Принцип устройства реле времени, oCHoBaHHoro на заряде KOH
денсатора, показан на рис. 11 51. Реле состоит из зарядной цепи
RC, делителя напряжения на сопротивлениях Rl и R 2 И реаrирую
щеrо opraHa (нуль индикатора) РО, включенноrо между точками
а и Ь через диод Д. Нормально конденсатор зашунтирован пусковым
устройством П, напряжение И С == о, при этом потенциал точки а
больше потенциала точки 8 (И а > Ив), поэтому диод Д заперт и ток
в РО отсутствует.
При появлении сиrнала на входе реле времени пусковое устрой .
ство П срабатывает и дешунтирует конденсатор С, после чеrо он
начинает заряжаться током J 3, протекающим по контуру RC. При
этом напряжение и с раСТет по экспоненциальному закону:
f t )
U с ==И\1 e:r ,
rДе 't постоянная времени, равная RC.
rрафически зависимость И с === f (t) показана на рис. 11 51, б..
По мере заряда конденсатора потенциал в точке а приближается
к потенциалу точки 8. Коrда И с достиrнет напряжения на сопротив
лении R 1 делителя напряжения (И 1 на рис. 11 51, 6), потенциалы TO
чек а и 8 уравниваются, а затем И а станет -меньше Ив, тоrда диод Д
(11 47)
340
откроется и реаrирующий opraH сработает. Время, в течение ко-
Toporo конденсатор С заряжается до напряжения точки 8 делителя,
является выдержкой времени реле (t p ) , а и с == и в == и с . р .
Аналитически значение t p можно получить из (11 47):
t р ==RСlп u и u (l1 48)
с.р
Из (11 48) и рис. 11 51, б следует, что { р зависит от С, R, и с . р
Ii и. Выдержка времени реле обычно реrулируется изменением R,
что меняет скорость н растания U с. П}?и прекращении входноrо
сиrнала пусковое устройство П вновь' шунтирует конденсатор С,
он разряжается и нуль"индикатор прекращает свою работу (реле
времени возвращается). Разряд продолжается в течение сотых долей
секунды, после чеl'О ре-
ле вновь roтoBo к дей
ствию.
Основная трудность
выполнеНИfI конденса. . А
TopHoro реле времени
состоит в обеспечении
ero точности. ПОI'реш-
ность реле времени, при-
меняемых в релейной
защите, должна удо-
влетворять условию
дt 0,1 + 0,2 сек. Рис. 1l 52. Схема реле времени с нуль индика..
Для П9лучения 'ере- :тором на полупроводниках (триод Т 1 типа p"n p"
буем ой точности необ- триоды Т 2 и Тз...... n"p n).
ходимо:
1) обеспечить стабильность емкости и утечки конденсатора С,
сопротивления R, питающеrо напряжения U и напряжения сраба..
тывания и с . р ;
2) иметь отношение Uc.plU 0,63, при этом реле работает на
крутой части характеристики и с == f (1) и колебания ис.рвесьма
незначительно влияКYf на изменение t p ; .
3) исключить влияние подпитки конденсатора С в процессе
ero заряда через побочные цепи, кроме цепи RC.
На рассмотренном принципе разработано большое количество
вариантов схем исполнения реле времени. В в и Д е п р .и м е р а
р е л е в р е м е н и, применяемоrо в схемах защи ы, приведена
конструкция реле, разработанноrо ВНИИЭ (рис. 11.52).
+
\
Лs
Д4
Д./
Реле состоит из nycKoBoro устройства, выполненноrо с помощью транзистора
(триода) Т 1 типа p n p, зарядноrо Iюнтура RC, делителя напряжеиия дз......дв
и реаrирующеrо нуль индикатора, выполненноrо посредством триодов Т 2 и Тз
1'ипа n-p n. Точки а и Ь соответствуют тем же точкам на схеме рис. 11-51.
Нормальна триод Т] и диод Дl открыты И шунтируют емкость С. На базу
триода Т? подается положительное по отношению эмиттера смещение через со..
противление R3 и он открывается током базы, замыкающимся по этому сопротив-
Jlению. При этом на базу Тз через открытый ТРИОJl Т 2 ПО],1ается отрицательный по
341
отношению К эмиттеру потенциал, вследствие чеrо триод Тз закрывается я TO
в реле Р отсутствует. диод Д2 закрыт, таК как на l:Ier.o подано напряжение обрат..
Horo знака. При поступлении сиrнала А на вход реле времени триод Т 1 закры-
вается и емкость С начинает заряжаться. Диоды Дl и Д2 закрыты, поэтому про-
цесс заряда ависит ТОЛЬКО ,от параметров контура RC. Korдa потенциалы точек
а и Ь сравняются, диод Д2 откроется И подаст напряжение точки а к базе триода
Т 2 . Параметры цепей подобраf-Iы так, что потенци.ал точки а получается ниже по-
:тенциала точки Ь, поэтому триод Т 2 закрьmается.
В результате этоrо база триода Тз получает положительный потенциал через
сопротивление R4. Триод Тз открывается, и в реле Р появляется ток коллектора,
под денствнем которото оно срабатывает. При снятии си.rнала А конденсатор pag..
ряжается за 0,,02 сек. Напряжение, питающее схему реле времени. стабилизи-
руется с ПОМОЩЬЮ опорных диодов ДЗ Д6.
Данное реле имеет выдержку времени ДО 9 сек. Поrрешность реле не более
+ 0,15 сек при .изменении температуры от 25 JЮ +500 с.
д) Примеры схем бесконтактных релейных защит на полупро.
водниках
В качестве примера бесконтактной защиты на полупроводниках,
разработанной ВНИИэлектропривод на типовых элементах «ЛО..
rИКА», в приложении приводится схема максимальной защиты,
выпускаемая ЧЭАЗ дЛЯ линий 6 1 О КВ. Ниже приводится более
СЛО2Кная схема одноступенчатой трехсистемной дистанционной за..
щиты, разработанная ВНИИЭ [Л., 56]. Эта защита предназначена
для использования в качестве резервной от междуфазных к. з.. на
линиях 11 0 220 кв.
С т р у к т у р н а я с х е м а защиты представлена на
рис. 11 53. Защита состоит из дистанционноrо opraH8 1, выполнен..
Horo с помощью трех направленных реле сопротивления с эллипти"
ческой характеристикой; пусковоrо opraHa 2, реаrирующеrо на 12
и/о; лоrической схемы 3, осуществляемой с помощью элементов
ИЛ И, И и усилителей У; конденсаторн.оrо реле времени 4 и испол..
нительноrо орrаиа 5. Все элементы схемы выполнены на полупро--
водниках, кроме исполнительноrо opraHa, в качестве KOToporo нс"
пользуется электромеханическое реле типа РП-7.
Реле сопротивления РС действуют на э.пемент ИЛ И, выполнен-
ный на трех диодах по схеме рис. 11..45. Для увеличения мощности
выход схемы ИЛ И 1 заведен на усилитель У 1 "
Пусковое реле в данной защите не является обязательным,
поскольку дистанционный opraH защиты отстроен от иаrрузки.
Пусковой opraH предусмотрен для исключения неправильной работы
защиты при нарушениях в питающих ее цепях напряжения и от..
стройки от наrрузки и качании в симметричном режиме. Выходной
сиrнал пусковоrо реле /2 и/о воздействует на элемент временной па
мяти ЕП, который как бы заliоминает полученный сиrнал и продол
жает ero передавать в течение 0,1 сек llосле прекращения дейсtвия
реле /2 и /0. Такая работа ЕЛ равносильна замедлению возврата
пусковоrо реле и .необходима для наДе2Кноrо действия последнеrо
при трехфазных к. З., коrда токи несимметрии /2 и 10 возникают
кратковременно, лишь в начале к. в., в течение 0,01 OJ03 се1\,.
342
Защита ПрИХОДИТ в действие, если на элемент й поступает вход-
ной сиrнал от пусковоrо opraHa (через элемент ИЛ И 2 ) и от дистан-
ционноrо орrэна одновременно. Возникающий при этом выходной
сиrнал на элементе И усиливается усилителем У2 и подается на реле
времени В. По истечении заданной выдержки времени t з реле вре-
мени срабатывает и посылает сиrнал на исполнительный opraH,
который с помощью поляризованноrо реле рп 7 дает команду на
отключение выключателя линии.
Для обеспечения действия защиты при симметричных трехфаз-
ных к.з., коrда импульс, подаваемый пусковым opraHoM (реаrи-
рующим на первоначальную несимметрию), прекращается значи-
тельно раньше, чем срабатывает реле времени защиты, предусrvют-
рена обратная связь с выхода усилителя У2' Одновреi'l1енно с пода
2 3
r TI ' 7 '
12 I I .. I
I I оп
JI :
1 I I
r /II
I РСАВ I I
I I
J РСВС
I
I РС СА I
L ....J
4
5
8
OlilxoiJifoe
реле
I
I
L..... J
Рис. 11-53. Структурная схема одноступенчатой дистанционной защиты
на полупроводниках.
чей сиrнала на реле времени по цепи обратной связи подается сиr-
нал на элемент ИЛ И 2 . Блаrодаря этому при трехфазных к. 3. после'"
прекращения сиrнала от пусковоrо opraHa элемент ИЛИ 2 будет
продолжать посылку сиrнала на элемент И за счет обратной связи.
Таким образом, создается своеобразная цепь самоудерживания от
дистанционных opraHoB схемы, -обеспечивающая действие защиты
при кратковременном срабатывании пусковоrо opraHa.
n о л н ы е с х е мы элеменrов защит показаны на рис. 11-54 и 1l 55.
n у с к о в о й о р r а н (рис. 1I 54) реаrирует на /2 и 10. которые полу-
чаются от фильтра обратной последовательности Ф2 и трансформатора Т о и вы-
прямляются мостами В 1 и В 2 > На стороне выпрямленноrо тока мосты соединены
параллельно. Для сrлаживания выпрямленноro напряження предусмотрен KOH
денсатор с з - Напряжение между точками) и 2 (рис. 11 54) определяется величиной
большоrо тока (/2 или 10)'
Реаrирующим элементом пусковоrо opraHa, обладающим временной памятью,
являются триоды Тз и Т4'
Параметры сопротивленнй (R 12 R 10 И R 1 4 R 11 ) подобраны таким образом.
что потенциал эмиттера триода Тз при отсутствии 12 И /0 получается выше потен-
циала базы, вследствие чеrо триод ТЗ закрыт. При Этом на базу Т4 подаеТся nоло
жительный потенциал (через R 1S )' Триод Т4 открыт И напряжение на выходных
зажимах opraHa 1/.7 равно нулю, так как они эашунтированы открытым :трио.
ш,ом Td,.
343
При появлении 12 или 10 ВЫПРЯМ '1енный ТОК 1 замыкается по сопротивлению
R)o и на ero зажимах появляется напряжение и == J R 10 , пропорциональное этим
r.roKaM. При определенном значении [? или 10 потенциал точки 2 повышается на.
столько, что l1НОД Дв закрывается, вызывая увеличение потенциала в точке 3.
(:)
'::::,
t:I
!
....
tI.\
r '
I ТН I РС А5 I
/2вЩI i
. I
I I
' " J
'
IA ;;;1: t
, I
PI
18 t l' +
I
I I I
L
3
На
1.5
+
Н9
87
J
:::t
t
:::t J;"
c::;r. и8С i РС ОС
18 "
o
Ic Ф
'""-....... ........ ............ ..... ...... ..,....
ил
п
..... ........... ..... ........ ..... .............
УсА РС СА
1 0 '
C
/А *
&................. ........... .............................. .... ......
"'"
К '8
tlOG
H f7
220б
Рис. Н-54. C eMa l1ycKoBorQ и ,цистанци.онноr<? opraHoB защиты (На-
пряжения: И 1 == И Ав k/ АВ; И 11 == kU АВ; Ир == kJ 2; и о == kJ о),
в результате этоrо трнод ТВ открывается, а триод Т4 вследствие понижения по.
тенциала в точке 4 закрывается, размыкая цепь между I! и 7. На выходе пуско-
Boro opraHa (точ-ки / / и 7) появляется напряжение, означающее, что он сработал.
При исчезновении /2 и /0 триод ТВ снова закрывается. Но блаrодаря памяти,
осуществленной с помощью заряженноrо конденсатора Cf). Т4 открывается не
сразу, а только через 0,01 сек, пока не разрядится Cf)' Эта емкость была заряжена
при предшествующем открытии триода Тз током. I1ротеКаВШИМ по цепи Cf) Rl1.
344
.
ПотеНlIИал точки 4, от KOToporo зависит СОQ'Тояние триода Т4' по мере разряда eм
кости С 5 повышается.
По окончании разряда, продолжающеrося 0,01 сек, потенциалы точек 4 и 7
(базы и эмиттера) становятся равными, триод Т4 открывается и выходное напря-
жение (сиrнал) на зажимах [[ 7 исчезнет. Таким образом, с помощью кондР.нса-
rropa С 5 осуществляется временное запоминание появления [2 или [о. Реrулирова-
ние уставки срабатывания реле производится изменением напряжения, снимае
Moro с фильтров [2 И [о.
Д и с т а н Ц и о н н ы й о р r а н. В качестве реле сопротивлений РС
(рис. ll 54) применяются реле, рассмотренные в 11-6. Они включаются на
междуфазное напряжение и разность фазных токов по табл. II 1.
Реле РС состоит из промежуточноrо трансформатора напряжения Т Н и
::rpaHcpeaKTopoB ТР, с помощью которых получаются напряжения И I и ИН. Эти
напряжения выпрямляются.выпрямителями В з и В 4 , а затем сравниваются посред
I и. или I
ДuсПtонц. I
OpiJGH
Я 22
Усилитель У2
Н 28
ш
С 7
Реле Времени РВ
"'зо
ff06
Пуск N' 7
Рис. 11 55. 'nоrическ3Я часть "'схемы одноступенчатой дистанционной защиты.
ством схемы сравнения, построенной на. балансе. напря ения. На выходных за-
жимах т и n получается напряжение и тп === IU11 IUIII, ПО"ДВОДИ:\10е к нуль-
индикатору.
Нуль индикатор является двухкаскадным усилителем на триодах Т 1 (типа
p n-p) и Т 2 (типа n.р-n).
Триод Т 2 являет я общим для всех трех реле РС. Для этоrо выходной зажим 1
rrриода Т 1 каждоrо реле связан с базой Т"'}. через диод Д5 по схеМе ИЛИ.
При отсутствии напряжения на зажимах т и n или при ero отрицательном
знаке триод Т 1 открыт, на диоды Д5 подается обратное напряжение и они закры-
ваются. База триода Т 2 имеет по отношению к эмиттеру положительный Потен
пиал (через Rs), поэтому триод Т 2 открыт И напряжение на выходных зажимах
1 3 равно нулю.
При появлении положительноrо напряжения на выходе схемы сравнения
(зажимы т и n) триод Т 1 закрывается. Конденсатор С 2 начинает заряжаться, и
коrда потенциал точки 7 станет равным потенциалу в точке 3, диод Д5 откроется,
в результате чеrо потенциал базы Т 2 станет Ниже потенциала эмиттера и триод Т 2
откроется. На выходных заЖИ:\.lах 1 3 появляется напряжение, воздействующее
па лоrическую часть защиты.
Конденсаторы С 1 служат для реrулирования величины малой оси Э.,1Липтиче-
ской характеристики срабатывания реле. Конденсатор С 2 создает замедление сра-
б2тывания реле на 0,1 сек.
Л о r и ч е с к а я с х е м а 3 а Щ и т ы изображена на рис. 11.55. ОНа со-
стоит из лоrических элементов ИЛИ 2 и 11 (R 21 , R22' R 2з , R29' ДВ, Д9), усилителя
Jl 2 , реле времени РВ I! выходноrо реле рп.
345
к зажиму I схемы подается сиrнал ОТ' Дистанционноrо орrапз, з к зажиму
11 от nycKOBoro. Сопротивления R 21 и R 29 образуют элемент ИЛИ 2 . выходом
KOToporo является точка 8. При 1'1Oявлении сиrнал'з / / ОТ' пусковоrо ор:rзнз ИЛИ
от обратной связи через СОПРОТИВЛ'ение R 29 в точке 8 появляется напр яжение.
Точка 9 является выхоДОМ элемента И 1 И одновременно входом усилителя У2'
состоящеrо из двух триодов Т5 й То. Элемент И обр зуется с помощью диода Д9
и СОПРОТfшления R 22 , по которому но'ступает сиrнал / от дистанuионноrо opraHa,
и точки 8, с которой приходит сиrнал / / от пусковоrо реле.
Если пусковоЙ и диста-Н-UИОНR.Iые орrзны защиты не действуют, то сиrналы /
и / / отсутствуют. При этом потеН1J,If;ЗЛ' бззы триода Ts (точка 9). ниже, чем у ero
эмиттера (точка 7), вследствие чсrо Т5 закрыт. Закрыт также и диод Д9, посколъку
на Hero ПОДано обр.атное напря:жеюre. Усилитель У2 и реле времени не р'зботают.
В случае появления сиrнала / / нотенuи(:}J1 9ЧКPI 9 (от KOToporo зависит работа' Т 5)
не меняется, так как диод Д9 з"Зкрыт И не про пускает сиrнал 1/. При появлении
сиrнала / потенuиал зажима / повышается, но при этом открывается диод Д9'
В результате чеrо потенциал ТОЧЮI" 9. остается- ииже точки 7 и ТРИОД Ts не р.аботает.
При действии пусковоrо и дистанционноrо opraHoB сиrналы 1 и / / появля
ются одновременно. Сиrнал / / держит диод Д9 запертым, и блаrодаря этому под
влиянием: сиrнала 1 потенuиал точки 9 повышается.
Таким образом, на выходе элемента И I'юявляется сиrнал, в результате KO
Toporo триод Т5 открывается, а То з-акрывается. Это вызывает повышение потен
uиала, т. е. появление сиrнала на ВЫХОДНОМ зажиме / / / усилителя У2'
При появлении сиrнала / / / триод Т7 закрывается и дешунтирует конденсатор
Св, чем осуществляется пуск реле времени. Последнее работает так же, как и
схема на рис.- 11 52.
Нуль индикатор реле времени состоит из триодов ТВ и Т9.' При срабатьmании
реле времени (т. е. открытии триода Т 9 ) ПОД действием коллекторноrо тока триода
Т9 приходит в действие ВЫХОДное реле РП, которое подает импульс на отключение.
Сиrнал / / I по цепи обратной связи R 29 поддерживает повышенный потенuиал
в точке 8, не позволяющий работать диоду д,.,. Таким 'образом поддерживается
работа У2 и реле времени при трехфазных к. з., сопровождающихся KpaTKOBpe
мен.IlЫМ появлением сиrнала / /.
Рассмотренная защита имеет в 4 раза меньшие rабариты по сравнению с 81la
лоrичной однос.тупенчатой дистанционной защитой с реле типа KPC 131. Потреб-
ление uепей напряжения защиты равно 3 ва, а токовых uепей составляет 1 ва
при токе 5 а. Для устранения мертвой зоны предусматривается смещение xapaK
теристики реле сопротивлени я в / / / квадранте примерно на 10%. Уrол €Fм.ч имеет
две уставки: 60 и 800.
tI 15. ВЫБОР УСТАВОК ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
Ниже рассматривается выбор харан:теристик трехступенчатой
защиты на примере участка сети, показ.анноrо на рис. 11 56 [Л. 811.
Выбираются уставки защиты А, уставки защит В и С принимаются
заданными. Ддя большей наrлядности характеристики соrласуемых
между собой дистаНllИОННЫХ защит /3 == f (z) обычно изображаются
rрафически на диаrрамме в осях /, z (рис. 11 56, б). По оси z откла
дываются первичные сопротивления пр ямой последовательности ZI
р ассматр иваемых участков сети.
При выборе сопротиилений ср.абатывания дистанционных opra
нов необходимо учитывать поrрешности, вызывающие отклонение
Zc. р от принятой уставки 'Zy, считаем, что Zc.P == Zy + д-z. На вели
чину Д-Z влияют поrрешности реле, измерительных трансформаторов
и неточность настройки реле на заданную уставку Zy.
Помимо Toro возможна поrрешность в определении сопротивле
ний участков сети, что учитывается дополнительным запасом.
346
Первая зона защиты. Выдержка времени пер.вой зоны опреде
ляется собственным временем действия реле и составляет /1 === 0,02 7
0,15 сек.
Сопротивление
пер в о й 3 О Н Ы ZIA
выбирается из условиЯ 1
чrnобы дистанционный
Ор2ан эmой зоны не мое
срабоmаrnь за пределами
защищаемой линии Л 1
(рис. 11 56)..
Выполнение этоrо
УСЛОВИЯ неоох.одимо для
обеспечения селективно
сти, поскольку первая
'зона работает без BЫ
держки ремени.
П.ОЭ'l'ому ZIA выби--
рается меньше сопротив..
ления защищаемой ли..
нии ZIЛ так, чтобы при
максимальной положительной поrрешности + д.z. выпо.пнялось
условие (ZIA + ДZ) < ZIЛ (рис. 11 57).
В соответствии с этим ZlA рассчитывается по выражению
t1Z LlZ
I
<12,tjZ
" "
/ .
/ '.
A"7 j, .L.>8
jt./A
[ Л .
'-ПА
/('
Z/B '
Zпл
Zco
2 шА ,
ЕВ
т
@ krЛl!
ЛI
до
&
ro
t
t e
а)
б)
Рис. 1l 56. Участок сет.И, защищае1\IЫЙ заши
той А (а), и изображение характеристик Bыдep
жек времени дистанционных защит в осях
z, t (6).
ZIA === k 1 Zrл'
(11 49)
tJt
Рис. 11 57. Соr"lасование характери
стик Дистанционных защит А и В двух
С).iежных линиЙ (рис. 11 56).
rде ZIЛ сопротивление прямой последовательности защищаемоЙ
линии Л/; k 1 коэффициент, учитывающий с некоторым' запасом
поrрешности ДZ, моrущие BЫ
звать увеличение ZC.P' Вели--
чина k 1 зависит от ТОЧЦОСТИ
реле, для реле КРС k 1 == 0,85.
Поrрешность трансформато--
ров тока ПРИВОДliТ" к сокраще--
нию зоны действi1Я защиты.
Поэтому трансформаторы тока,
питающие дистанционную за..
щиту, следует выбирать по кри'"
вым 10% ной поrрешности при
"
максимальном токе к. з. в I{OHue
первой зоны.
Вторая зона. Вторая ЗОНа
защиты должна надежно OXBa
поэтому она дол)кна выходить за
тывзть защищаемую линию Л/,
пределы защищаемоЙ линии.
. Для обеспечения селективности протяженность и выдержку Bpe
мени ВТОрОЙ зоны отстраивают от быстродействующих защит транс--
347
форматоров и линий, отходящих ОТ шин противоположной подстан"
ции (рис. 11 57). Выдержка времени выбирается равной:
tПА == tIn + Дl, (11 50)
rде t 1п максимальное время быстродействующих защит следую
щеrо участка (t Iп 0,1 сек). .
Ступень дt зависит от поrрешности реле времени второй зоны
и времени отключения выключателя и колеблется от 0,3 до 0,& сек;
, отсюда tHA == 0,4 ....;-. 0,6 сек.
При выбранном значении tПА протяженность второй зоны не
должна выходить за пределы зон быстродействУlOщих защит линий
и траflсформатОрО8 J nитаlOщихся от подстанции В.
ДЛЯ соrласования с линейными защи-
т а м и вторая зона должна быть отстроена от самой короткой пер-
вой зоны на следующем участке (ZIВ).
С учетом возможноrо сокращения первой зоны заUIИТЫ В на
Дz (рис. 11.57) вторая зона защиты А должна быть отстроен'а от
точки К' аналоrично тому, как отстраивалась первая зона этой же
заUIИТЫ от конца линии (т. е. от точки В). Сопротивление от защиты
А до К' равно ZIЛ + k1z пз , отсюда
ZIIA ==kн(Zrл+kIZIВ)' (11.51)
rде k I коэффициент, учитывающий сокращение ZIB на ДZ, прини
мается равным 0,85 0,9; k II коэффициент, учитывающий воз...
можное увеличение ZПА в результате поrрешностей дистанционноrо
opraHa второй зоны защиты А, ПРИНИl\-1ается равным 0,85.
При нескольких источниках niiтания (r A и r B на 11 56. а)
ZIIA выбирается с учетом токорасnределенuя по выражению
ZIIA == k Il (ZIЛ +krkIz IB ), (11 52)
rде k T коэффициент токораспределения, равный отношению тока
к. з. / К(Л 11), проходящему по линии Л/ 1, к току к. 3. / К(Л 1), TeKY
щему по линии Л/:
I
k К (Л 1 Л
T .
. 1 к (Л 1)
( 11 53)
Коэффициент k T должен выбираться при таком реальном режиме,
коrда 1 К(Л 1) имеет максимальное значение, а / К{Л 1/) минимальное.
Д л я о т с т рой к и о т к. з. з а т р а н с фор м а ..
т о р а м и Т подстанции В с учетом токораспределения вторая зона
должна удовлетворять условию
ZПА ==k lI [Zl(Л/) +(1 Дnr)2kТZIТ]' (11 54)
rде ZI т сопротивление наиболее MOUIHoro трансформатора на под.
станции В;
k Iк(Т) .
Т 1 '
It:tЛ 1)
348
t1n T отклонение. коэффициента трансформации трансформатора
от номинальноrо; k II то же, что в выражении (11 51).
За окончательную величину ZIIA принимается меньшее из двух
значений ,(11 52) и (l1 54).
Выбранное ZIIA проверяется по условию надежноrо действия
(чувствительности) при к. з. на шинах подстанции В. Cor ласно ПУЭ
ZIIA
k ч == ;:::: 1,25.
Zl (Л/)
Для линий с сопротивлением 5 20 ом следует стремиться, чтобы
k ч ==: 1,5 ---:--- 2, так как при малом k q защиты на линиях с небольшим
сопротивлением MorYT отказывать при К. 3. через сопротивление
дуrи.
Если вторая зона ненадежно охватывает защищаемую линию
т. е. kч < 1,25, то ее можно отстраивать не от nepвoй а от конца
611ZOрОЙ зоны защиты В. При этом время действия второй зоны за..
щиты А должно отстраиваться от времени второй зоны защиты В:
t IlB == tIlB + 8/, а величина ZПА должна выбираться по выражению
(11 52), в котором вместо ZIB нужно подставить ZIIB.
Третья зона. Третья зона должна резервировать защиты при..
coeдиHeHий отходящих от шин lWдстанции В. Уставки срабатыва..
ния этой зоны выбираются, как правило, по условию отстройки от
наrрузКlI, а выдержка времени по условию селективности. Третья
зона осуществляется пусковыми реле дистанционной защиты, в ка..
честве которых используются токовые реле или реле сопротивления.
ТОК срабатывания токовых пусковых реле выбирается так же, как и у мак-
симальной защиты, по выражению
kнk з [ раб. маке
J с . з === k B ' (11..54а)
rде k и === 1, 1 коэффициент запаса; k'i коэффициент, учитывающий увеличе..
ние тока за счет самозапуска заторможенных электродвиrателей; / раб. МБКС
максимальныЙ ток наrрузки с учетом ее увеличения, 'обусловленноrо отключениеl\1
соответствуюшеrо участка прилеrающей сети (например, параллельной линии
или второй линии, питающей подстанцию, и т. д.); k n коэффициент возврата.
Если необходимо обеспечить избирательность поврежденных фаз (например,
в защите ПЗ 152 и ДЗ-I), то Ic.3 должно удовлетворять таюке второму условию
/с.з === kн[ п. ф, (11..55)
rде k и === 1 ,2;li п.ф максимальное значение To a в неповрежденной фазе при
двухфазном к. з. на защищаемой линии.
Чувствительность пусковоrо opraHa проверяется при к. з. В конце защищае
мой линии и в конце зоиы реi3ервирования по минимальному зиачению [к.з.
Соrласно ПУЗ k ч === [К.МИН/ J с.з в первом случае должен быть не меньше 1,5, а
Во втором 1,2.
Сопротивление Zc.s == Z 1 1 1 ненаправленноrо реле сопротивления
выбирается из условия отстройки от мини.л..tальноzо значения ра60"
чеzо сопротивления Zраб.мии, nоявляющееося на зажимах реле после
отключения внешнеео к. з.
349
Наименьшее значение Zраб.мип ммеет место при максимальном
токе наrрузке в фазе 1 раб.макс И пониженном уровне рабочеrо напря
жения Uраб.МИНJ обычно принимаемоrо на 5 lO% меньше номиналь
Hor :
и раб. МIШ
Zраб. мИН == . (1 1 56)
k3 1 раб. макс у 3
Здесь под и раб.мин подразумевается линейное напряжение.
Для обеспечения надежноrо возврата пусковоrо opraHa в наи
худших условиях ZС.З находится из уравнения:
,
Zраб.мин
Zc 3== " k J
Н:зап воз
(11-57)
rде k зап коэффициент. учитывающий поrрешности реле, ПрИНI1
. мается равным 1,1 ---;.-- 1,2; k воз коэффициент возврата
реле; k3 коэффициент, учитывающей самозапуск дви
rателеи.
Полученное ZС.З является максимальным допустимым значе-
нием по условию возврата реле и расчетным значением ZIlIA'
При необходимости обеспечить избирательность поврежденных фаз (например,
в защите ПЗ }53) Zс.з отстраивается также от минимальноrо значения сопротив.
лени я в неповрежденной фазе zk п.ф при двухфазном к. з.
В этом случае, кроме условия (11 57) необходимо выполнить второе условие:
Z k 2(2)
С. 3 И неп. ф. МИН,
(11-58)
rде k H == 0,85 + 0,9.
Чувствительность пусковоrо реле проверяется при к. з. В конце защищаемой
линии и в конце зоны резервирования и оценивается коэффициентом
11 k ZIIIA
Ч ,
ZK.MaKc
rде ZK.MaKc наибольшее сопротивление на за
жимах реле при к. 3. В расчетной точке.
Соrласно ПУЭ при к. з. В конце BToporo
участка допускается k ч 1,2.
Сопротивление срабатывания пуско
Boro направленноrо реле сопротивления
выбирается, как и уненаправленных
..
реле, из условия отстроики от наrрузки
по формуле (11 57). Поскольку zc.P на-
правленноrо реле сопротивления зави
..
сит от fPp, на иден ное сопротивление
срабатывания ZC.3(H) должно иметь место при fPp == fPH' соответствую-
щем н а r р у з о ч н о м у р е ж и м у работы линии.
При к. з. fPp === fPл ==- СРм.ч, И поэтому реле работает с макси-
мальной чувствительностью, т. е. с Zс.з.макс (рис. 11 58).
Значение ZC.з_ макс' допустимое по УС.повиям наrрузки Zс.з(н),
можно найти из уравнения срабатывания направленноrо ре.пе
сопротивления:
Рис. 11-58. Выбор ZC.3 Ha
правленноrо реле СО против.
ления.
ZC.3 == Zс.з.макс COS (qJM.'l (j)p).
350
Подставив в Hero найденные из (11 57) величины ZC.3(H) и "СРи
вместо ZС.З и СРр, получим:
Zc. 3 I НJ Zраб. мин ( 11 59)
ZC. В. макс ==, ) k k ( ) .
COS, (j/м.ч (j/H Зап ВОВ COS . <рМ. Ч fPH
Найденное значение 2[11 == ZC.B.M8KC является диаметром окруж
ности характеристики срабатывания реле и уставкой ZIII, удовлет
u u
воряющеи условию отстроики от максимальнои наrрузки защищае
мой линии.
Чувствите..'1ЬНОСТЬ nycKoBoro реле определяется по выражению
k Zс.з.маКс
Ч ,
zK.MaKc
rде ZK.M8KC наибольшее сопротив..'1ение на зажимах реле при к. 3. В конце вто.
poro участка, резервируемоrо данной защитой.
В некоторых случаях для уменьшения t 1I 1 сопротив..'1ение срабатывания z II 1 А
можно соrласовывать с концом зоны ZIIB следующеrо участка. если при этом обес
печивается достаточное резервирование при соединений. отходящих от шин под
станции В. Тоrда t I НА == t HA + !J.t. при этом под t ПА подразумевается }lаибо..'1Ь
шая выдержка времени резервируемых защит.
T словие отстройки от z " 6 И при выборе Z 111 сохраняется и в этом случае.
ра .м Н
Вторичные величины сопротивлении срабатывания. Д.пя пере.
счета полученных первичных сопротивлений на вторичную сторону
необходимо вычислить вторичные значения напряжения и тока, со..
ответствующие первичным зна
чениям и р.п И 1 р.п:
и 1
и р. п 1 р. п
И
р.в п н р.В 11т
е+б}..
Исходя из этоrо, находят
втор и чное сопротивление сраба
тывания на зажимах реле:
И р . В п т
Zc.P == I === Zс.з .
Р.В п н
Подставляя в (11 60).... BMe
сто ZC.B значения 2f, ZII и ZIII, находят значения вторичных сопро
тивлений срабатывания.
Все реле сопротивления должны работать в диапазоне токов
К. з. лежаще.м .меJlсду токами точной работы реле l с тем чтобы поr..
решность ре.ае не превышала 10%. д.пя проверки выполнения
этоrо условия по техническим данным на реле определяются зна
чения тока точной работы при выбранных уставках. Эти значения
токов сопостав.ПЯЮТСЯ с максимальными и минимальными ве.ПИЧИ"
нами 1 К.3.' имеющими место в конце данной зоны.
са
( 11 60)
Рис. 11 59. Схема, поясняющая выбор
уставок дистанционной защиты на ..'1И.
ниях с отвеТБJlениями.
,
Особенность выбора уставок срабатывания первой и второй З0Н на линиях
с отвеТВ..'1ениями. На линиях с ответв..'1ениями, питающими понизительные под.
станции (рис. 11 59), первая н вторая зоны отстраиваются от к. з. за трансформа.
\rOpOM отвеТВ..'1ения.
351
Такое оrраничение их действия позволяет обеспечить селективность дистан
IIИОННОЙ защиты с максимальными защитами трансформатора ответвления и пи.
тающсйся от H ro сети без увеличения выдержки времени t 1 и t ll первой и второй
зон защиты.
Отстройка ZII производится по формуле (1l 54), rДе вместо lЧА 1) подставля
ется сопротивление лииии от места установки защиты А до трансформатора ответ-
вления.
Отстройка ведется для наиболее тяжелоrо случая, коrда линия отключена
с противоположной стороны (k T == 1).
В нормальном режиме работы линии за счет подпитки места к. з. со стороны
подсrанции В запас отстройки от к. з. за Тl?ансформатором I1рвышается.
Выдержка времени t II выбирается по условию (1l 50). При этом допускается
неселективное действие первой зоны защиты А, имеющей t I == О. при к. З. В TpaHC
форматоре ответвления. Эта неселективность устраняется с помощью АПВ на ли
нии. Вторая зона при повреждении в трансформаторе действует селективно, пo
скольку t II отстраивается от быстродействующих защит линий и трансформаторов.
Чувствительность третьей зоны защиты должна проверяться по к.з. за транс-
форматором ответвления, а выдержка времени t IlI должна быть OTCTpOf'Ha от вре.
мени действия максимадьнОЙ защиты этоrо трансформатора.
"
11..16. КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
Выполнение защит на дистанционном принципе имеет целый
рЯД существенных преимуществ, способствовавших широкому пр.и..
менению этих защит в электрических сетях BbIcoKoro и сверхвысо"
Koro напряжения.
r лавными Достоинствами дист"анционн6rо принципа являются:
1. Селективность действия в сетях любой конфиrурации с лю-
бым числом источников питания.
2. Малые выдержки времени в начале защищаемоrо участка,
которые обеспечивают я первой зоной, охватывающей до 85 90%
защищаемой линии, что необходимо по условиям устойчивости,
требующим быстроrо отключения повреждений вблизи шин электро"
станции и мощных узловых подстанций.
3. Значительно большая чувствительность при к. з. И лучшая
u U
отстроика от наrрузки и качании по сравнению с токовыми макси..
мальными защитами.
К числу недостатков дистанционных защит следует отнести:
1. Сложность защиты как в части схемы, так и в части входящих
в ее CO TaB реле. Дистанционные защиты с электромеханическими
реле являются самыми мноrорелейными и мноrоконтактными за..
щитами.
Бесконтактные защиты на полупроводниковых приборах отли"
чаются СffIОЖНОСТЬЮ лоrической части схемы и большим количеством
элементов в ней.
2. Невозможность обеспечения MrHoBeHHoro отключения к. з.
в пределах всей защищаемой линии. Поэтому они не MorYT служить
основными защитами на тех участках сети, rде необходимо выпол"
нение этоrо требования.
3. Реаrируют на качания и иаrрузку, Необходимость отстроЙки
от пос.аедней существенно оrраничивает чувствительность защиты
352
и понижает ее эффективность в качестве резервной защиты смежных
участков, а возможность действия при качаниях ВЫНУ.iкдает услоzк
нить защиту применение:\I блокировки.
4. ВОЗ iО.iКНОСТЬ ложной раБОТbI при неисправностях в цепях
наПрЯ.iкения, что уменьшает их надежность и вызывает необходи
мость применения соответствующей блокировки.
За последние rоды MHoro сделано для упрощения и усовершен
ствования дистаНЦИОННbIХ защит, большие успехи в этой области
достиrНУТbI отечественной техникой.
В качестве реаЛЬНbIХ путей дальнейшеrо усовеРUlенствования
дистанционных защит можно указать на следующие возмож
ности:
1. СОЧЕтание ДЕстаНllИОННОЙ защиты с высокочастотной блоки
ров кой (см. [л. 12) или передачей отключающих иr,лпульсов на про
тивоположный конец линии, что позволяет обеспечить быстродеЙ
ствие защиты в пределах всей защищаеl\:ОЙ линии.
2. Внедрение дистаНllИОННЫХ защит на полупроводниковых
элементах, способствующее повыш ению надежности защиты за счет
устранеf ИЯ мноrоконтактности их схем и улучшения парамеТРОD
реаrирующих opraHoB.
3. Применение упрощенных схем дистаНllИОННОЙ защиты при
использовании ее для резервирования основных защит и зашит
смежных vчастков.
Несмотря на отмеченные недостатки, дистаНllионная защита
является пока наиболее совершенной резервной защитой от между
фазных К. з. и достаточно быстродействующей защитой для высо"
ковольтных сетей 110 и 220 кв, rде она с успехом используется в ка-
честве основной заЩИТbI на линиях средней и большоЙ длин. :::.
r лasа двенадцатая
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЗАЩИТЫ
12-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЗАЩИТ
Высокочастотные (в. ч.) защиты являются быстродеЙствующими
и предназначаются для линий средней и большоЙ ДЛИНbI. Они при
меняются в тех случаях, Коrда по условиям устоЙчивости или дpy
rим причинам требуется быстрое двустороннее отключение к. з.
в любой точке защищаемой линии.
Удовлетворяющие этому же требованию продольные диф:ререн .
циальные защиты неприrодны для длинных линий вследствие высо-
кой стоимости соединительноrо кабеля и недопустимоrо увеличения
ero сопротивления.
Высокочастотные заЩИТbI состоят из двух комплектов, располо..
женных по концам защищаемой линии. Особенность этих защит
заключается в ТОМ, что для их селективноro Действия при внешних
12 н. в. Чернобровов
353
к. з. необходима СВЯЗЬ между комплектами защиты, осуществляе
мая посредством токов высокой частоты, которые передаются по
проводам зашишаемой линии. _
По принципу CBoero действия в. ч. защиты не реаrируют на к. з.
вне защищаеl\10Й линии и поэтому, так же как и дифференциальные
защиты, не имеют выдержки времени. В настоящее время приме
няются два в ида в. ч. защит:
а) н а п р а в л е н н ы е _ з а щ и т ы с высокочастотной блз
I{ИРОВКОЙ (т. е. с блокировкой токами высокоЙ частоты), OCHOBaH
ные на сравнении направлениЙ мощности к. з. по кониам защищае
моЙ линии;
б) д и Ф Ф е р е н u и а л ь н о ... фаз н ы е в. ч. заЩИ1 ы, OCHO
ванные на сравнении фаз токов по концам линии.
12 2. nРИНЦИn ДЕЙСТВИЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ С ВЫСОКОЧАСТОТ
НОЙ БJ]ОКИРОВКОЙ
Направленная в. ч. заЩ iта реаrирует на направление (или знак)
мощности к. з. по кониам защищаеl'ЛОЙ линии. Как видно из
рис. 12 1, а, при к. з. на защищаемоЙ ЛlIНПИ (в точке К 1 ) мощности
А S S 8 к. з. на обоих концах повре
Е>1 /(, 2 f Н 2 G жденноrо часткд АВ имеют
SA 1" . й одинаковыи знак инаправ..
'1 е I ленпе от шин в линию.
В случае же внешнеrо к. з.
(точка 1(2) направление и зна
ки мощности по концам защи
щаемоЙ линии оказываются
различными. На ближаЙшем
к месту повреждения коние
линии мощность к. З. SB OT
рицателыia и направлена к
по KOH шинам, а на удаленном
положительна и направлена
от шин в линию.
Из этоrо следует, что, cpaв
нuвая направления мощности
по концам линии l можно определиты сде возникло повреждение: н а
л и н и и или з а е е п р е Д е л а м и.
Такое сравнение осуществляется при помощи реле мощности ЛiI
(рис. 12 1, 6), которые устанавливаются на обоих концах линии и
ВКЛlочаются так, чтобы при к. з. на защищаемой линии они разре
шали действие защит на отключение.
Поэтому при к. з. В точке I( (рис. 12 1, б) подеЙствуют на ОТКЛЮ
чение только защиты 3 и 4, установденные на поврежденной линии
ВС. На неповрежденной линии АВ реле мощности защиты 1 замы
кает свои контакты, разрешая ей действовать на отключение.
Однако на приемном конце линии АВ реле мощности защиТЫ 2 под
а)
T 1, 2 T4 R
G1 f 1
А 8
4Ш
te
с
б)
Рис. 12 1. Направление мощности
цам линии при К. 3.
а на линии (К 1 ) и за ее пределами (К 2 );
б сравнеиие иапраВJ1ения мощности по кои
цам линии с помощью peJJC направления
мощиости М.
354
..
влиянием мощности К. з., наllравленнои к шинам, размыкает свои
контакты, чем запрещает действие на отключение своей защиты и
одновременно блокирует действие защиты 1 посылкой блокирую.
щеrо сиrнала тока высокоЙ частоты по проводам этоЙ же линии.
Блокирующий ток посылается специальными rенераторами токов
высокой частоты rвч (рис. 12 2), управляемыми реле мощности NI
и принимается специальными приемниками токов высокоЙ частоты
ПВЧ, настроенными на ту же частоту, что и reHepaTopbI. Приняв
высокочастотный сиrнал, приемники выпрямляют полученный ток и
подают ero в обмотку блокирующеrо реле Б, которое размыкает
непь отключения своей защиты, не позволяя ей действовать на от...
ключение.
ЗОl1й оейстВин sащиmь/
I
f(оыплент
защиты А - +
А
б
Рис. 12 2. Принцип Действия направленной защиты свысокочастот.
ной блокировкой.
М реле мощности; Б блокирующее реле; rВЧ reHepaTOp ТО'<ОВ высо.
кой ЧастотЫ; ЛВЧ приемиик ТОКОВ высокой частоты.
.
При к. 3. на защищаемой линии блокирующий сиrнал высокой
частоты отсутствует, так как реле мощности, срабатывая, не поз
воляют действовать передатчикам высокой частоты. В этом случае
контакты блокирующих реле остаются замкнутыми, разрешая реле
мощности деЙствовать на отключение.
Таким образом, блокирующий ток высокой частоты появляется
в линии только при внешних к. 3., обеспечивая селективную работу
защитЫ. Зона действия защиТЫ оrраничивается трансформаторами
тока, питающими реле мощности.
На рассмотренном принципе выполняются защиты, сравни...
вающие направления мощностей фазах или мощности нуле
вой или обратной последовательности. Реле мощности в двух
последних случаях включаются через соответствующие фильтры
на токи и напряжения нулевоЙ и и обратной последоваТeJlЬ...
ности.
И3 принципа действия направленной высокочастотной защиты
следует, что каждый из комплектов содержит релейную часть, pea
rирующую на направление мощности к. 3., И В. ч. часть, reI-iерирую-
щую и принимающую токи высокой частоты.
12*
355
12 3. ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЧАСТЬ ЗАЩИТЫ
а) Канал токов высокой частоты
Высокочастотным (в. ч.) каналом называют путь, по которому
sаМЫJ<аются токи высокой частоты, используемые для блокировки
защиты.
На рис. 12 3 показан в. ч. канал по схеме фаза земля, при
которой ток высокой частоты передается по одному ИЗ ПрОВОДОВ
......... ......
с ..... 4"
T:r
Р,
Рис. 12-3. nРllНllипиальная схема Бысокочастотноrо канала.
линии и возвраluается по земле. На каждом конце линии устанавли..
вается В. ч. пост 1, состоящий из передатчик r ВЧ, rенерирующеrо
токи высокой частоты, и принимающеrо их приемника П ВЧ. Вы..
ходная цепь в. ч. поста подключается одним заж:имом к земде, а
вторым к линии электропередачи через кабель 2, фильтр присо
единения 3 и конденса10Р связи 4. По кон..
Рох РВых цам оровода линии, используемоrо для пере..
Элемент :: дачи токов высокой частоты, устанавливаются
J{онола
заrрадители 5, запирающие выход токами BЫ
сокой частоты за пределы линии.
Второй способ переда чи высокочастотных
сиrналов по схеме «фаза фаза» с нспол ь..
зование 1 двух проводов линии требует боль..
ше аппаратуры и в Советском Союзе не при-
,
меняется.
Часть энерrин, rенерируемой передатчиком, теряется в элемен-
тах канала, т. е. в кабеле, фильтрах присоединения, конденсаторах
связи, проводах ЛИНИИ Bblco oro напряж:ения, и уходит через заrра..
дители. Поэтому в. ч. передатчик долж:ен с некоторым запасом пере-
крывать потери в канале, обеспечивая достаточный уровень Мощ-
ности в. ч. сиrнала, поступающеrо на приемник противополож:ноrо
конца.
Потери энерrии, происходящие при передаче в. ч. сиrнала
(рис. 12..4), называются з а т у х а н и е м и условно характери..
356
Рис. 12 4. К определе
Нию заrухания Б эле..
ментах высокочастот..
Horo канала [см. фор
мулу (12 1)].
зуются вел ичиной
ь == 1 n Р ВХ ,
2 Р НЫХ
(12 1)
rде Р вх МОЩНОСТЬ на входе рассматривае!\10rо злемента канала
(в начале элемента); Р НЫХ МОЩНОСТЬ, получаемая на ero выходе
(в конце элемента).
За единицу затухания принимается н е пер (неn).
каналов в. ч. защиты в зависимости от протяженности
COKoro напряжения колеб.пется от 1 до 2 неn.
Затухание
линии вы..
б) Высокочастотный пост
Для в. ч. защит линиЙ 11 О н 220 кв отечественной промышленностью выпу-
скаются в. ч. посты типа ПВЗК [Л. 58] на элекrронных лампах и посты на полу-
проводннках. Для линий ЗЗО 500 кв, имеющих большее затухание и более высо-
кий уровень помех, выпуска
ются посты с повышенной
мощностью типа ПВЗД на
электрониых лампах, разра
оотаны посты на полупровод
никах типа пвзп [Л. 55,57].
Каждый в. ч. пост (рис. 12 5)
состоит из передатчика и
приемиика.
Задающий ['енератор пе.
редатчика зr является источ"
ником тока высокой частоты.
Он (рис. 12 6) вьн:юлнен по
индуктивной трехточечной
схеме с кварцевым резонатором, обеспечивающим стабплизацию частоты (на
рис. 12 6 не показан). и находится в режиме непрерывноЙ работы. Мощность
-задающеrо reHepaTopa очеиь мала, поэтому устанавливается промежуточный
п
...........
lа
,а
[а 1
в.
с
к фШ7Ь/J7Р!/
присошlиНШШJ1'
.
.........
Рис. 12 5. Блок схема высокочаСТО1НОro поста.
Та
[" П С
а
t
(jc =и а f)
t
БJ БJ
а}
Рис. t 2 6. Принципиальная схема задающеrо rеиератора (а) и за-
висимость ero анодноrо тока от напряжении на сетке (6).
каскад УВЧ, являющийся усилителем напряжения, и усилитель мощности YM.
Линейиый фильтр ЛФ служит для повышения входноrо сопротивлення на час-
ifOTax, отличных от рабочей частоты L!aHHoro канала.
351
Пуск передатчика осуществляется подачей плюса постоянноrо тока на аноды
JI экранные сетки ламп усилителя МОЩНОСТИ, а останов подачей минуса на пен
'fодную сетку лампы reHepaTopa. Управление передатчиком производится от релей
ной части защиты (реле РУ). Входной сиrнал, получаемыЙ приемником, усили
ваетсЯ с помощью УВЧ, выпрямляется детектором Д и затем после усилени я уси
лителем постоянноrо тока У ПТ поступает в блокируюшее реле Б Р релейной ча
сти защиты.
Передатчик поста с повышенной мощностью в отличие от показанноrо на
рис. 12 5 имеет дополнительный блок усиления.
Все приемопередатчики рассчитаны на работу в диапазоне частот от 40 до
300 К2Ц. reHepaTop и приемник настраиваются на онну частоту.
Передатчики ПВЗК и ПВЗП имеют выходную мощность около 10 вт при ча-
стоте 100 кzц И окоЛо 3 5 вт при частоте 300 КCZ,}. У передатчика ПВЗД OTдaBae
J\Iая МОЩIIОСТЬ НС :менее 60 вт.
в) Элементы высокочастотноrо канала
к о н Д е н с а т о р с в я з и 4 (рис. 12 3) предназначен для присоединения
I
поста к линии высокоrонапряжения. Сопротивление конденсатора ХС == 2;nfC
зависит от частоты f проходящеrо через Hero тОКа. Для токов про !ыl1леннойй Ча
стоты 50 zц оно велико (порядка 1 200 000 ом), и поэто:му ток утечКи весьма МаЛ.
При ВЫСОКИХ частотах f 50 кzц сопротивление Хс резко У:\-lеньшается. Отече
ственная промышленность выпускает бумаЖНО l\Iас.тIяные конненсаторы типа
СМР 55/УЗ О,044. ОНИ изrотовляЮтся в виде элементов, рассчитанных на рабоче
напряжение фазы 32 кв и имеющих емкость С === 18 500 пф. На линиях 110 кв YCTa
навливаются два таких элемента, соединяемых.последовате.r1ЬНО, на линиях 220Kв
. lЗЗ
четы р е. д ля линий 500 кв вып у скаются конденсатО р ы типа смр o 0186'
У3 · ,
на таКИХ линиях устанавлива
ются четыре элемента.
Высокочастотный
к а б е J1 ь 2. В качестве в. ч.
1\абе,,1Я используется кабель
типа ФКБ, который является
одножильным кордельным кабе
лем со СВИНЦОВОЙ оболочкой и
броней из стальной J1eHTbl. Bxoд
ное сопротивление l<абеля близко
к 100 ом, затухание 0,2 неп на
1 км при частоте 100 К2Ц.
Фильтр присоеди
н е н и я 3 (рис. 12 3) соrласо
вывает (уравнивает) входнсе сопротивление кабеля с входным сопротивлением
линии, сОединяет нижнюю обкладку конденсатора связи с землей, образуя, Ta
ким образом, замкнутыЙ контур для ТОКОВ высокой частоты, и ко шенсирует
емкость конденсатора связи, что позволяет уменьшить до минимума сопротив-
ление конденсатора для токов высокой частоТЫ.
Фильтр присоединения представляет собой воздушный трансформатор с от-
пайками, позволяющими менять самоиндукцию ero обмоток и взаимную индук
цию между ни ш. В цепи обмотки Ll включен конденсатор связи С, а в цепи об
:МОТКИ конденсат.ор С 2 фильтра. Фильтр присоединения свободпо пропускает
токи только в определенном рабочем диапазоне частот. При пих частотах затуха
ние фильтра относительно мало (порядка O,15 O,25 неп), а 31 пределами рабочих
частот резко возрастает. Фильтр присоединения ОФП 4. выпускаемый отечествен
ной про:мышленностью, выполняется на три диапазона, охватывающие частоты
50 300 К2Ц. ДЛЯ линий 500 кв выпускается фильтр ОКФIl 5001 рассчитанный на
. работу с конденсатором емкостью 525 пф.
р
р
[п
Lf(
а)
б)
рис. 12 7. Высокочастотный заrрадитель.
а РСЗ0ШШСНЫЙ (одночастuтныfi); 6 ШИроКО
nолоСll ыЙ.
358
Лараллельно обмотке L 1 фильтра включаетсЯ разрядник Р. При пробое KOH
денсатора связи при перекрытии ero изоляции разрядник срабатывает и создает
надежный путь для отвода в землю токов к. з.
3 а r р а Д и т е л ь 5 преrраждает выход токов высокой частоты за пределы
JIИИИИ. Сопротивление заrрадителя Zзаr зависит от частоты 1. Для токов ВЫСОIЮЙ
частоты. передаваемых по данному каналу, Zзаr Be
JIИКО, а для токов промышленной частоты (50 2Ц)
оно очень мало.
Заrрадитель представляет собой резонансный
контур (р ис. 12 7, а), настроенный на определенную
частоту частоту в. ч. поста; он состоит из силовой
индуктивной катушки L g и элемента настройки, BЫ
полнеиноrо в ВИДе реrулируемой емкости С.
Величина С подбирается так. чтобы контур за
rрадителя был настроен в резонанс (тока) на задан
ную частоту ' р . т. е. чтобы wL K == l/wC. Такой
заrрадитель называется рез о н а и с н ы м или
о Д и о ч а с т о т н ы м. При резонансной частоте
сопротивление контура имеет маКСИl\lальное значе
ние (р ис. 12 8 ) и носит активный ха р акте р . 1 резонансноrо; 2 U1И
роКопоЛосноrо.
Резонансное сопротивление заrрадителя дол
жно быть не меньше I 000 ом. ДЛЯ защиты KOHдeH
сатора С от rрозовых и коммутационных перенапряжений устанавливается раз
рядник Р. Силовая катушка заrрадителя рассчитывается на прохождение раба.
чих токов иаrрузки и тока к. з.
ВЬШУСI{аемые отечественной промышленностью заrрадители КЗ 500 рассчи
таны на рабочий ток 700 а с пределами настройки 50 ЗОО K2l{.
Кроме резонансных, применяются ш и р о к о n о л о с н ы е заrрадители
(рис. 12 7, 6). запирающие токи в неКОТОРО1\1 довольно широком диапазоне частот
11 12' Такие заrрадители нужны для каналов, по которым одновременно пере
.-
дается нескоЛько сиrналов с разными частотами.
ZJaep
f'
fj 'Р f';
Рис. 12 8. Резонансные
характеристики заrради
телей.
12 4. НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА С ВblСОКОЧАСТОТНОЙ БЛОКИРОВКОЙ
з) Основные элементы ЗЗIЦИТЫ
у прощенная схема, поясняющая ПРИНЦИП выполнения И дейст
вия направленных в. ч. защит, показана На рис. 12 9. Защита c
стоит из трех основных элементов: пусковоrо opraHa, opraHa Ha
лравления мощности и блокирующеrо реле Б.
П у с к о в о й о р r а н защиты выполняется при помощи двух
комплектов реле, ОДИН из которых (реле П 2) пускает переД€:lТЧИК
высокочастотноrо поста, а второй (реле П 1) управляет цепью отклю
чения ЗaIЦИТЫ. Для пуска защиты при междуфазных к. з. при
меняются токовые реле, включенные на ток фазы, а в случае He
достаточной их чувствительности реле сопротивления. Пуск
защит в комплектах от замыканий на землю обычно осуществля.
стся посредством реле, реаrИРУIОЩИХ На ток нулевой последова
тельности. В некоторых схемах для пуска защит используется
реле тока и напряжения обратной последовательности.
О р r а н Н а п р а в 01'1 е н и я м о Щ Н О С Т И М ОСУlцест
вляется посредством обычных реле мощности.
В защитах, реаrирующих на междуфазные к. 'з., К реле мощно
сти подводятся ТОК И напряжение сети по известным схемам (в боль..
шинстве случаев по 90 rрадусной).
359
В комплектах от замыканий на землю реле мощности включается
на ток и напряжение нулевой последовательности. В защитах от
несимметричных К. з. реле мощности питается током и напряжением
обратной последовательности.
Реле мощности замыкает свои контакты при мощности к. з.,
направленной от шин в линию; срабатывая, оно останавливает
передатчик (при помощи реле ПР), подает ток в рабочую обмотку
БЛОI<ирующеrо реле Б и замыкает цепь ОТКЛlочения защиты. При
направлении мощности к шинам реле М не действует и разрешает
пуск передатчика. Реле мощности, реаrирующие на 80 и 82' дейст
вуют при обратных направлениях мошности.
Б л о I{ И Р У ю щ е е р е л е Б управляется током высокой ча
стоты. При наличии вьiсокочастотноrо сиrнала блокирующее реле
Рис. 12 9. Упрощенная схема направленной защИТЫ с высокочастотной блоки
РОБКОЙ.
размыкает цепь отключения, не позволяя защите д йствовать. В Ka
честве блокирующеrо реле обычно используется поляризованное
реле с двумя обмотками р а б о чей и т о р м о з н ой. Pa
бочая обмотка получает питание при срабатывании реле мощности
и действует на замыкание KOHTaKTqB поляризованноrо реле. Top
мозная обмотка питается выпрямленным током высокой частоты,
получаемым из анодной цепи приеМНИI(а, и действует на размыка
ние контактов реле. При одновременном питании рабочей и тормоз
НОЙ обмоток реле не действует, так как тормозной момент преобла
дает над рабочим.
б) Работа защиты в различных режимах
При в н е ш н е м к. з. на обоих концах линии срабатывают
nycl\OBbIe реле П 1 и П 2. Они пускают передатчики и. подают ПЛI0С
к KOHTal\TaM реле мощности М. На питающем конце линии, rде
МОШНОСТЬ к. з. направдена 01 шин в линию, реле мощности срабаты
вает, останавливает передатчик cBoero комплекта, подает ПЛI0С
к контактам блокирующеrо реле Б и ТОК в ero рабочую обмотку,
ПОДrотавливая, таким образом, защиту к действию. Однако цепь OT
ключения защиты остается разомкнутой контаI{тами блокирующеrо
360
реле, Б тормозную обмотку KOToporo поступает блокирующий ток
с противоположноrо конца линии. На противоположном (ближнем
к месту повреждения) конце линии мощность к. э.. направлена к ши-
нам, поэтому реле мощности на этом конце линии не действуе-r,
разрешая реле П 2 запустить передатчик, который посылает блоки
рующий ток высокой частоты. Этот ток, принятый и выпрямленный
приемниками обоих постов, поступает в тормозные обмотки блоки-
рующих реле Б и не позволяет им действовать. Блаrодаря этому
предотвращается срабатывание защиты на питающем конце линии
и дополнительно осуществляется блокировка защиты на приемном
конце линии, цепь ОТКЛlочения которой уже разомкнута KOHTa[{
'Тами реле мощноs,:ти. Таким образом, при внешнем к. з. блокирую
щий высокочастотный импульс посылается только с тoro KOllua
линии, rде контакты реле мощности разомкнуты, что и обеспечива(:т
селективность защитЫ.
\
При к. з. В з о н е и двустороннем питании места повреЖJ]:е
ния мощность к. з. на обоих концах линии направлена от шин в ли-
нию. В обоих комплектах защиты срабатывают пусковые реле П 1 и П t
И реле мощности М.. Реле мощности размыкают при помощи пром(:
жуточноrо реле ПР цепь пуска в. ч. поста.. Вследствие бездействия
обоих передатчиков ток высокой частоты отсутствует и блокирую.
щие реле срабатывают, разрешая защите про извести отключенн
линии.
При к а ч а н и я х, обычно сопровождающихея возр астанием
тока и снижением напряжения, пусковые реле тока и СОПрОТИВJlе
ния MorYT приходить в действие. Поэтому поведение защиты в этих
условиях будет зависеть от поведения реле мощности, которое за.
висит от положения точки электрическоrо центра качаний. ЕСJIИ
последний ока}l{ется в пределах защищаемой линии (см. 13 2),
то знаки мощности по ее концам будут положительными (т. е.. на.
правленными от шин в линию). В этом случае защита подействует
неправильно и отключит линию. На всех остальных участках сети,
rде электрический центр расположен вне линии, направления мощ
ности по их K HцaM будут различными и защита будет блокиро..
ваться, как и в условиях внешних к. з..
Для предотвращения неправильных отключений применяется
специальная блокировка, запрещающая работать защите при кача-
ниях (см. 13-3)..
Пусковые реле, реаrирующие на составляющие нулевой или об..
ратной последовательностей, при качаниях, возникающих в сим-
метричном режиме, не действуют, поэтому для таких защит блокиро"
БОК от качаний не требу я.
в) Особенности пусковоrо opraHa заuциты
Из принципа действия защиты и работы схемы следует, что
непременным условием правильной работы защиты при внешних
К. з. является пуск высокочастотноrа передатчика на ближне.td
.161
к месту к. 3. (т. е. приеМНОl\l) конце линии. При несоrласованной
чувствительности пусковых реле на противоположных концах линии
это условие может быть иаРУlllено. Так, например, если при внеш
нем к. 3. реле П 2 (рис. 12 9), пускающее в. ч. передатчик на приемном
конце линии, не сработает из за недостаточной чувствительности,
а реле П tt пускающее защиту на питающей стороне линии, окажется
более чувствительным и подействует, то защита на питающем конце
неправиЛЬНО отключиТ линию из за отсутствия блокирующеrо
сиrнала.
Для исключения этосо пусковой орсан выполняется из Д в у х
к о м n л е к т о в n у с к о в ы х р е л е: одноrо П 2 для пуска
вblсокочасmoтной части и второсо П 1 в цепи отключения. При
этом реле П 2 должно быть в 1,5 2 раза чувствительнее реле П 1
на своем и противоположном концах линии. Такой принцип пуска
предусмотрен IЗ схеме, показанной на рис. 12 9.
И м е е т с я и в т о рой с n о с о б, при котором пусковой
opraH состоит из одноrо комплекта, управляющеro как высокочастот
ной, так и релейной частями защиты. В этом случае пусковые реле
на каждом конце линии пускают в. ч. пост своесо комплекта и oдHO
временно осуществляют пуск поста на противоположной стороНЕ
линии. Такой принцип пуска получил название Д и с т а н ц и о H
Н О r о; схема ero выполнения рассматривается в 12 5.
При дистанционном пуске несо!.'ласованность в чувствительно
сти пусковых реле на любом конце линии не представляет опасно
сти, так как при работе одноro nycKoBoro реле запускаются оба по
ста и блокирующий импульс с приемноrо конца линии будет, таким
обра30l\!, обеспечен, даже если установленное там пусковое реле не
п одейств ует.
Уставки п у с к о в ы х р е л е. Оба пусковых комплекта реле
П 1 и П 2 должны быть отстроены от максимальной наrрузки (если
они на нее реаrИРУIОТ) и надежно действовать при к. з. на противо
положном конце защищаемой линии. Т о к о в ы е р е л е отстраи
ВaIОТСЯ от наrрузки по формуле
1 kзап 1
С. 3 ;;:: k н. Mal{C,
80З
(12 2)
а р е л е с о про т и в л е н и я по формуле
I
zc. 3 == k k Zрзб. мИ",
san воз
( 12 3)
при <Рр == <Ризrр. В обоих случаях k ззп > 1.
Исходя из этоrо уставка пусковых реле П 2 , пускающих в. ч.
передатчик, выбирается по выражению (12 2) или (12 3), а уставкн
пусковых реле П 1, управляющих цепью отключения, принимаются
в 1,5 2 раза rрубее уставок на П 2 по соображениям, приведенным
выше.
Чувствительность реле, управляющих отключением, проверя..
ется ПО к. 3. на противоположном конце линии, коэффициент чув"
ствительности должен быть в наихудшем случае не меньше 1 ,5 2.
362
По принципу cBoero действия защита не реаrирует на пере
rрузки, поскольку в этом режиме мощности по концам линии имеют
разные направления, так же как и при внешнем к. з. Поэтому
...
при недостаточнои чувствительности можно не считаться с малове
роятными или кратковременными переrрузками (например, токаМII
самозапуска и т. п.) И отстраивать реле П 2 от нормальной наrрузки.
[Iри этом пусковые реле П l' управляющие цепью отключения,
должны быть отстроены от максимальной наrрузки.
Реле, питающиеся от фильтра тока или напряжения нулевой
и обратной последовательностей, на наrрузку не реаrируют, но их
необходимо отстраивать от небаланса, возможноrо в условиях
наrрузки. Величину небаланса оценивают на основании данных
опыта и проверяют непосредственным измерением при включении
защиты.
r) Контроль исправности высокочастотноrо канала и приемо..
передатчиков
Нарушение высокочастотноrо канала или неисправности в по
стах, в частности повреждение электронных ламп, приводят к непра-
вильной работе зашиты при внешних к. з. В связи с этим в схеме
зашиты предусматривается устройство контроля за исправностыо
высокочастотной аппаратуры. Для этой цели установлены кнопка К,
и миллиамперметр тА (рис. 12 9). Периодически дежурный персо
нал, нажимая кнопку К, пускает передатчик и по показанию мил
лиамперметров, установленных в выходной цепи приемников, про
веряет величину тока приема на обоих концах линии. Цепь от кнопки
К заводится через контакты реле ПР, с тем чтобы проверка не пре
пятствовала правильной работе зашиты, если во время ее проведе
ния возникает внешнее к. з. За последнее время разработаны и при
меняются автоматические устроиства для проверки исправности
канала с пуском от часов в определенное время CYTOK
12 5. РАЗНОВИДНОСТИ НАПРАВЛЕННЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЗАЩИТ
И ИХ СХЕМЫ
а) Направленная защита с 8ысокочастотнои блокировкой
Зашита состоит из Д в у х комплектов: одноrо от междуфазных
к. з., сравнивающеrо направление мошности в фазах, и BToporo
от замыканий на зеМЛЮ, реаrирующеrо на знак мощности нулевой
последовательности. Каждый комплект выполняется по схеме,
приведенной на рис. 12 9. В комплекте от междуфазных к. з. В Ka
честве opraHa мощности М служат реле мощности, включенные на
ток фазы и соответствующее напряжение (по принятым cxeM M),
а в качестве пусковых реле П 1 и П 2 используется реле, реаrирую
щие на ток или сопротивление фазы.
363
Комплект от замыканий на землю выполняется при помощи реле
мощности, включенноrо на мощность нулевой последовательности.
Пусковыми реле служат токовые реле, реаrирующие на ток нулевой
последов ательности.
При К. з. на землю предусматривается б.покировка междуфаз-
Horo комплекта для предупреждения неправильноrо действия ero
под влиянием токов в непопрежденных фазах. Комплект от между
фазных к. з. должен иметь блокировку от качаний, а в защитах с
u u
пуском от реле сопротивлении и олокировку от неисправностеи
в цепях напряжения.
Несмотря на простоту принципа действия, полные схемы подоб
ных защит получаюrся достаточно мноrорелейными и сложными.
При этом нужно учитывать, что по своему принципу действия на-
правленная защита с в. ч. блокировкой не реаrирует на к. з. за
пределами защищаемой линии, поэтому ее приходится дополнять
резервными заЩИ1"ами, что еще больше усложняет исполнение за-
щиты. В большинстве случаев в качестве резервной защиты ИСПОJIЬ-
зуются дистанционная защита от междуфазных к. з. и ступенчатая
защита нулевой последовательности от замыканий на землю.
б) Дистанционная заLЦита в сочетании с высокочастотной
блокировкой
Дистанционная защита имеет opraHbI направления мощности
(самостоятельные или в сочетании с дистанционными) и пусковые
реле.
Используя эти элементы и добавляя к ним блокирующее реле
и высокочастотную часть, можно получить комбиниропа иную за-
щиту, выполняющую функции
основной и резервной защит,
lrZJ С меньшим числом реле, чем в
предыдущем варианте. Блоки-
рующее реле в cxe1\le комбини-
рованной защиты шунтирует
реле времени второй зоны, раз-
решая защите действовать без
ВЬЕI.ержки времени, при к. з. на
защищаемой линии.
Такая комбинированная за-
щита при помощи в. ч. блоки-
ровки обеспечивает MrHoBeHHoe двустороннее отключение к. з. В
пределах защищаемой линии. Комплект же дистанционной защиты
позволяет отключать к. з. на шинах, резервировать защиты сле-
дующеrо участка, а также служит резервом при к. з. на защищаемой
линии в случае отказа в. ч. блокировки или ее отсутствия.
Характеристика дистанционной защиты с в. ч. блокировкой
приведена на рис. 12-10, штриховкоЙ отмечено ускорение, достиrае-
мое с помощью в. ч. блокировки.
t
f
I
I 2 I
I I
I f 8. ". 5ЛОlfliро6на 2 I
J i t ;t
Л2
ш
Рис. 12 lO. Характеристика дистан-
uионной защиты. с высокочастотной
блокировкой.
. 364
Общий ПРИНllИП исполнения таких схем MO)l{HO уяснить из
рис. 12 11.
Пусковые реле РЛ 1 и РП 2 И opraH направления мощности РМ
(или направленный дистаНllИОННЫЙ opraH) дистаНllИОННОЙ защиты
управляют работой в. ч. поста (reHepaTopa и приемника) и блоки..
рующеrо реле РЕ, как показано на схеме. При к. 3. на защищаемой
линии, коrда в. ч. reHepaTopbI с обеих сторон линии остановлены,
блокирующее реле РЕ шунтирует контакты реле времени РЕ II
вrорой (или третьей) З0НЫ дистанционноЙ защиты и она срабаты"
вает без выдержки времени. При внешнем к. 3. блокирующее реле
не действует и защита работает как дистаНllионная, резервируя
... ....,
следующии у часто и: сети с помощью втором и третьем З0Н.
+
PD терм
1
РБ торм
РЛВь/х
РБ роЬ
Оста Jш!1k'О 'lepeiJa т
пм l/l1IfO т
r, О 01
п
Цт
РО п
РВШ
От
f}/JI.I еМltуно
РОт В."
+
РСп
I
РВи
РОт
1?
РМ РЛ2
Рис. 12 1l. ПРИНllипиальная схема
дистанциоино:й защиты в сочетании
с высокочастотной блокировкой (для
одной фазы).
Рис. 12 12. Принципиальная схема
направленной защиты нулевой по
следовательности в сочетании С БЫ
сокочастотной блокировкой.
Для предупреждения неправильной работы при I{ачаниях llепь
блокирующеrо. реле заведена через контакты блокировки от кача
ний ЕК дистаНllИОННОЙ защиты.
По рассмотренной схеме выполняется сочетание дистанционной защиты
ПЗ-158 и ПЗ 2 с в. ч. блокировкой. В качестве чувствительноrо nYCKOBoro реле
РП 1 . пускающerо в. ч. reHepaтop, используются пусковые реле БЛОКI1РОВКИ 011
качаний. реаrирующие на появленне [2 и [о или и 2 И и о - OpraHoM. КОНТРОЛИРУЮ
щИМ направление МОЩНОСти (Р NI). служат направленные дистанционные реле
q'ретьей зоны. Одновременно этн реле ВЬШОЛНЯЮТ ФУНКllИИ BToporo (более rрубоro)
nYCKOBoro реле РП 2 . пускающеrо блокирующее реле РЕ и замыкающеrо цепь OCTa
нова в. ч. reHepaTopa.
Для осуществления в. ч. блокировки панель дистанционной защиты допол..
llяется приставкой, которая содержит блокирующее реле РЕ.
Поскольку дистаНllионная защита используется в Советском
Союзе только как защита от междуфазных к. 3., необходимо преду
сматривать аналоrичное сочетание резервной защиты нулевой
последовательности с в. ч. блокировкой. [Iолная схема подобноЙ
заш,ИТЫ дана на рис. 12 12. Жирными линиями показаны дополне
ния, оБУСЛОВJlенные в. ч. блокировкой.
365
Преимущество комбинированноrо исполнения направленной в. ч.
защиты с резервноЙ заключается в уменьшении числа реле. на что
уже указывалось выше. Недостатком совмещения резервной и OCHOB
ноЙ защит является отсутствие взаимноrо резервирования между
ними, имеющее место при раздельном исполнении.
в) Фильтровая направленная защита с высокочастотНой бло..
кировкой
в фильтровых защитах opraH направления мощности и opraH
пуска реаrируют на составляющие обратноЙ последовательности.
Такое исполнение защиты дает ряд преимуществ.
Фильтровые защиты получаются односистемными (с одним реа...
rирующим opraHoM на три фазы), они не реаrируют на наrрузку и
качания в симметричных режимах и обладают высокоЙ чувствитель"
ностью. В СССР разработаны фильтровые защиты от несимметричных
к. з. и от всех видов по.
вреждений.
Фильтровые за..
щиты от несиммет"
ричныхповрежде..
н и й отличаются особоЙ
простотоЙ. Они MorYT вы..
полняться с одним реле
мощности, совмещающим в
себе функции opraHa I\IОЩ.
ности и opraHa пуска. На
рис. 12..13 представлена
схема с реле мощности Л1
двустороннеrо деЙствия.
Реле М включено на ток
и напряжение обратноЙ
последовательности чер з
соответствующие фильтры.
Вторым элементом схемы является блокирующее реле РЕ, деЙ..
ствующее, как и в предыдущих схемах. При внешнем к. з. реле
мощности на приемном конце линии замыкает контакты 2 и пус..
кает в. ч. reHepaTop, которыЙ посылает блокирующиЙ импульс на .
питающиЙ конец линии. rде реле мощности М замыкает контакт 1.
Вследствие наличия тормозноrо тока блокирующее реле РЕ
не позволяет защите питающеrо конца сработать на отключение.
При к. з. В зоне реле мощности на обоих концах линии замыкают
контакты 1. в. ч. reHepaTopbl бездеЙствуют и реле РЕ. срабатывает
на отключение с обеих сторон линии.
При симметричных к. 3. защита не деЙствует, что является opra..
ническим недостатком данноЙ схемы. оrраничивающим ее при..
менение. Для устранения этоrо дефекта защиту можно дополнить
относительно простым комплектом от трехфазных К. з.
S
+-
S2
+
П!lСf(
ТН
Рис. 12 lЗ. Фильтровая направленная BЫCO
кочастотная защита с двусторонним реле
мощности.
366
ф и л ь т р о в а я 3 а Щ и т а о т в с е х в и Д о в К. 3. Эта
защита охватывает все виды повреждений и является полноценной
защитой. Но ее схема получается значительно сложнее, чем защита
от несимметричных повреждений.
Защита от всех видов К. з. основана на сле
дующих принципах [Л. 23]: ....
1. В качестве opraHa направления мощности
используется одно реле, включенное на мощность
обратной последовательности, которое при трехфаз.
НЬ!Х к. з. переключается ПУСКОВЫI\I opraHoM на фаз..
ный ток и линейное напряжение.
2. Пуск релейной и в. ч. части защиты осуще
ствляется одним реле, при всех видах к. з. Это
реле реаrирует на появление и 2 или 12. Чтобы обес
печить деЙствие защиты при трехфазных к. з., пус
ковоЙ opraH фиксирует (запоминает) на некоторое
в ре'м я появление кр атков ременной несимметрии,
возникающей в начале трехфазноrо повреждения.
Схема пусков()rо opraHa с фиксацией KpaTKoBpeMeHHoro действия пусковоrо
реле Н 2 приведена на рис. 12 14.
Нормально обмотка промежуточноrо реле ПР 1 обтекается током, цепь KO
Toporo проходит через замкнутые контакты реле Н 2 и ПР 1. При срабатывании
реле Н 2 цепь тока, питающеrо обмотку реле ПР1, прерывается и реле отпадает,
производя пуск защиты. Одновременно реле ПР 1
размыкает цепь своей обмотки и вследстие этоrо
не может возвратиться в исходное положение до
тех пор, пока в ero обi\ЮТКУ не будет подан ток
контq.ктами реле П Р2. Как видно из схемы (рис.
12 14), нормально реле П Р2 питаетсЯ током и Haxo
дится в подтянутом состоянии. При действии ПР 1
ток в реле прерывается и оно отпадает с выдерж-
кой времени порядка O,3 O,5 сек, при этом контакт
П Р2 ЗЮ.lыкается и подает ток в реле ПР 1, возвра.
щая ero в нормальное положение. Блаrодаря oco
бенностЯМ схемы пуска ПР 1 оно отзывается на то.
бое кратковременное действие реле Н2' фиксируя
появление и 2 в начальный момент трехфазноrо
к. з. на время (O,3 O,5 сек), достаточное для Дей.
ствия защиты.
При двухфазных и однофазных повреждениях
и 2 появляется на все время к. з., действие схе:\IЫ
в этом случае понятно из чертежа (рис. 12 14).
3. Д и с :r а н ц и о н н ы й п у с к reHepaтopa
в. ч. При действии пусковоrо реле на одном конце
линии с помощью специальной схемы (рис. 12 15, а)
производится Д и С т а н Ц и о н н ы й пуск rеиера.
тора высокой частоты на противоположной стороне.
Д и с т а н ц и о н 11 Ы Й П у с к осуществляется
с помощью промежуточноrо реле Р П 1 , включен
Horo на ток 1 приемника высокой частоты П, и вто"
poro вспомоrательноrо реле РП 2 дЛЯ возврата схе..
мы. При пуске rertepaTopa на противоположном коние линии приемник данной
стороны принимает высокочастотный сиrнал и дает ток в реле Р П 1 . Последнее
срабатывает и контактом 1 пускает reHepaTop r на данном конце линии. При этом
реле РП 1 получает питание от этоrо же reHepaTopa и поэтому само по себе не MO
жет возвратиться в исходное положение. Для возврата реле РП 1 и прекраще--
ния пуска rеиератора служит реле Р П 2 . Оно срабатывает (отпадает) при действии
реле Р П 1 и размыкает с замедлением порядка 0,4 сек цепь пуска reHepaTopa.
I
+
БН
н
а)
в!/п Bl/r
, Л/ Q
L. J
б)
Рис. 12 15. Дистанцион-
ныЙ пуск передатчика на
противоположном конце
линии.
о c eMa; б возможность
ОТt{эза защиты при ОДНОСТО.
роннем питаиии.
и 2
А 8е
Рис. 12 I4. Принципиаль.
ная схема пусковоrо op
raHa фильтровой высоко-
частотной заLЦИТЫ.
(:
367
Дистанционный пуск может привести к отказу защиты, при одностороннем
питании поврежденной линии (рис. 12 15, б), если к. з. на приемном конце линии
В отключается раньше, чем на питающем А, или если линия в MO!\leHT повре
ждения находилась под напряжением. В этих случаях reIlepaTop в. ч. на прием:ном
(отключенном) конце J1ИНИИ, запущенный lIистанциОННО. посылает импульс в. ч.,
б,,'IОКИРУЮЩИЙ защиту на питающем коние. не давая ей работать. Для исключе-
ния этоrо недостатка цепь пуска reHepaTopa заведена через блок-контакты БК
выключателя (рис. 12.15, а). При отключении выключателя блок-контакты размы-
каются и возможность пуска в. ч. reHepaTopa иск.7Jючается.
На указанных принципах выполнена защита типа ПЗ 164.
12 6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА
Лифференuиально.фазная высокочастотная защита основана на
сравнении фаз тока по !{онцам защищаемой линии.
Считая положительными токи, направленные от ШИН в линию,
находим, что при внешних к. з. В точке К 1 (рис. 12-16, а) токи /.n
и 1 п по I{OHuaM защи-
щаемой линии им ют
различные знаки и, сле-
довательно, их можно
считать сдвинутыми по
фазе на 1800. В случае
же к. з. на защищаемо!'''1
линии (рис. 12-16, 6)
токи на ее концах имеют
одинаковые знаки и их
можно принять совпа-
дающими по фазе, если
пренебречь сдвиrом век-
торов э. Д. с. Е т и Е п по концам элеI{тропередачи и различием
уrлов полных сопротивлений Zm И zn'
Таким образом, сраsнuвая фазы токов по конца-м линии, -можно
уапановuт.ь местоположение к. з. В обычных схемах дифреренциаль
а) Принцип действия
.
Е т
1.
п
I?
.
Е п
т -r/ m
11
а)
'I
+1/7
Zr}
'lm
+/т
.e
t
I.
Е п
6)
Е т
Рис. 12 16. Принцип действия дифференциально-
фазной высокочастотноЙ защиты.
1
т
.......
Рис. L2-17. Упрощеиная принципиальная схема дифференциально.фазной
высокочастоТНОЙ защиты.
Зб8
.
ных защит сравнение фаз токов осуществляется в дифференциа-пь...
ных реле путем непосредственноrо сравнения токов, ПРОХОДЯЩl1Х
в начале и конце ЛIlНИИ; в дифференциа.пьно фазной в. ч. защите
сравнение фаз осуществляется косвенным путем посредством токов
высокой частоты.
TOf{ 8 реле РО
Рис. 12 18. Диаrрамма токов в дифференциально фазной вы.
сокочастотной защите.
О)f)нешнее корит/(ое
JамbllfШl''ед tf
т п
тKf m f
: 1 I I I
I I I I I
I I I I
ТОК ln
8b/CO/!IYIOcmoт
flь/е импульсы I
от .Jtlщtmlы т
.1
! I
I
I
I
I .
I
I
ObICOKOV(lcтoт 1 1
flЬ/е UIШ!/ЛЬСЫ
отJllШfLть/п I
I
I
I
BbICOKOt,tlCтOт
ные импульсы
6ЛtLIfШL (Ho6KO
се лрut'Мlшко6)
ТОК 88ыхоёнои
"eilU приемнtI
«(] (ШlоiJныti тор
пОМПЫ В)
б}лориткое Jt1MblHt1Нfie
J Jоне.JоЩtml L
r Kf r
6 f\ .
I [\!} V ,
I I I I
I I I I
I + I I I I
I
J
I
'1'
...............
11
I
l
11.
I
I
I
I
I
I
.
t
t
,
I
I
I I I f
Ш I
I I 1'" I
I I j
Упрощенная схема, иллюстрирующая работу диффереНЦП8ЛЬНО-
фазной защиты, и диаrрамма, поясняющая принцип ее действия,
приведены на рис. 12..17 и 12..18. -
Защита СОСТОИ' ' из приемопередатчика, включающеrо В ;себя
В. ч. reHepaTop rвч, приемник ПВЧ, реле отключения РО, пUтаю-
щеrocя током пр Иf;мника, И двух пусковых реле П 1 и П 2' ОД80 из
369
J
которых пускает rвч, а второе контролирует цепь отключения
защиты. Токи высокоЙ частоты передаются по каналу, образован
ному проводом: линии BblCOKoro напряжения и землей.
Особенность защиты заключается в том, что в. ч. reHepaTop
у п р а в л я е т с я (м а н и п у л и р у е т с я) непосредственно
токам:и промышленноЙ частоты при ПОМОIЦИ спеuиальноrо TpaHC
фОРl\Iатора Т м' reHepaTop включен так, что при положительной
полуволне промышленноrо тока он работает, посылая в линию ток
" ... u
вы(:окои частоты, а при отриuательнои запирается и ток высокои
частоты прекращается. В то же время прием:иик выполнен таКИl\1
образом, что при наличии токов высокоЙ частоты, поступающих
в ero входной контур, выходноЙ ток, питающий p e РО, равен
нулю, а при отсутствии в. ч. сиrнала появляется выходной ток,
которыЙ поступает в реле РО. Таким образом, reHepaTop высокоЙ
частоты работает только в. течение положительных полупериодов
TOl(a промышленноЙ частоты, а приеl\'1НИК при отсутствии в. ч.
сиrналов.
При внешнем К. 3. (рис. 12 18, а). коrда фазы первичных токов
по кониам линии противоположны, reHepaTop на конце линии '1l
работает в течение nepBoro полупериода промышленноrо тока,
а на конце п в течение следующеrо полупериода. Ток высокоЙ
частоты протекает по линии непрерывно и питает приемники на
обеих сторонах линии. В результате этоrо выходной ток в uепи
прие!\IIника и pe e РО отсутствует, и реле (защита) не работает.
При К. з. В зоне (рис. 12 18, 6) reHepaTopbI на обоих кониах
динии работают одновременно, поскольку фазы токов по кониаы
линии совпадают. Высокочастотный ток, поступающиЙ при этом
в приеМНИl(И, будет иметь прерывистыЙ характер с интервалами
времени, равными полупериоду промышленноrо тока. В этом случае
приемник работает в промежутки времени, коrда 1'ок высокой ча
стоты отсутствует, и заперт (не работает) во время ero прохождения.
В выходной uепи приемника появляется прерывистыЙ ток, который
сrлаживается специальным устроЙством и подается в реле РО.
Последнее срабатывает и отключает линию.
т аким 06разом сдвиz фаз между токами, проходящими по обоим
концам линии, определяется по характеру 8. ч. сиенаЛО8 (с п л о ш
н ы е и л и п р еры в и с т ы e)J на которые при помощи прием
ника реаеируепl реле РО.
По принципу cBoero деЙствия дифференuиально фазная защита
не реаrирует на наrрузку и качания, так как в этих режимах токи
на обоих кониах :'lинии имеют разные знаки.
б) Основные opraHbI дифференциа..'1ьно..фазной защиты и осо..
бенности их выполнения
Дифференuиально фазная защита состоит (p:-rc. 12 17) из трех
основных элементов: п у с к о в о r о о р r а н а П 1 и П 2 , пускаю
щеrо передатчик и разрешающеrо деЙствовать защите при к. з.;
370
о р r а н а м а н и п y..Т'I Я Ц И и, управдяющеrо (с помощью т м )
передатчиком токов высокой частоты в зависимости от знака cpaB
ниваемых токов, и о р r а н а с р а в н е н и я фаз токов, дейст
вующеrо на отключение при совпадении фаз токов, проходящих
по концам линии.
Дифференциально фазная защита не реаrирует на наrрузку,
поэтому пусковой opraI-J в схемах этой защиты: не является обяза
тельным. Однако при ero отсутствии любое нарушение непрерывной
циркуляции токов высокой частоты будет приводить к срабатыванию
реле РО и ложному отключению линии. Поэтому во всех схемах
дифференциально фазной защиты применяются пусковые реле,
отстроенные от токов наrрузки.
К особенностям выполнения opraHOB защиты относятся:
1) одновременный пуск в. ч. передатчиков на обоих концах
защищаемой линии.
При удаленных внешних к. 3., коrда пусковые реле, пускаю
щие в. ч. передатчик, работают на пределе своей чувствительности,
возможна работа пусковоro opraHa только с одной стороны линии.
Тоrда ток высокой частоты будет прерывистым и защита подейст
вует ложно. Для исключения этоrо пусковой opraH защиты выпол
няется из Д в у х к о м п л е к т о в: одноrо чувствительноrо,
пускающеrо высокочастотный передатчик, и BToporo более rpy
боrо (в 1 ,5 2 раза), управляющеrо цепью отключения.
2) Нарушение непрерывности высокочастотноrо сиrнала при
внешних к. з. и качаниях может возникнуть также вследствие Heoд
HOBpeMeHHoro действия реле, пускающих передатчики, установлен
ных на противоположных концах динии. Поэтому пуск в. ч. пере
- датчиков при внешних к. з. должен осуществляться несколько
раньше, чем срабатывает реле РО, замыкающее цепь отключения
защиты, а останов их должен происходить несколько позже воз
в рата пусковых реле, управляющих цепью отключения 1.
3) Выполнение ди ренциально фазных защит, сравнивающих
токи в каждой фазе, получается весьма сложным и дороrим.
Защита значительно упрощается и становится более надежной,
.если вместо токов фаз сравнивать их симметричные составляющие,
получаемые от фидьтров, преобразующих трехфазную систему токов
в однофазную. В качестве филь тра в защитах этоrо типа исполь
зуют я комбинированные фИ{lЬТРЫ,. на Bы oдe ко.торых получается
ток 1 ф, пропорциональный 11 + k/ 2 или /1 + k1o.
Ilодобные фильтры обеспечивают действие защиты при всех
видах к. з.
В сдучае симметричных к. з. ток фидьтра обусловливается co
ставляющей /1' а при несимметричных К. з. составляющими /1
J:I /2 или /1 и/о.
1 При К. 3. В зоне передатчик на отключившемся конце линии должен He
меДленно останавливаться для предупре ения блокировки заIЦИТЫ противопо
ложной СТОРОНЫ.
371
в) Искажение фаз сравниваемых токов (фазовые поrрешности)
При рассмотрении принципа действия защиты предполаrалось,
что при внешних к. з. токи I т и I п ПО концам защищаемой лини!!
сдвинуты по фазе на уrол 'ф == 180, а при к. 3. В зоне совпадают
по фазе, т. е. 'Ф == о (рис. 12 16 и 12-18).
В действительности из за поrрешности траНСфОрl\1аторов тока и
ряда друrих причин (отмечаемых дальше) фазы вторичных токов
I Л 1 1 } . искажаются, и поэтому сдвиr фаз 'ф
П1 б
/т2 1 п2 между токами на о оих концах линии
а lтo {по отличается от указанных выше зна
'=/ чений. При больших искажениях
фаз токов 1т и I n возможны непра
...
вильпые деиствия защиты при внеш
них к. з. И отказ в работе при
к. з. В зоне. В связи с этим пapa
меПlрЫ заЩUПlbl выбираюmся ПШК 1
ЧПlобы ОНа блокировалась в условиях
eHeLllHeeo К. 8. при'Ф == 180 и pa
БОПlала при К. 8'1 в ЗОНе при '1' > о.
Предельное значение уела В, при кота..
ром защиrпа должна блокироваться,
н азы в а е т с я у r л о м блоки
ровки защиты (см. рис. 12-26). Для
уменьшения искажений фаз 1т и 1 п
трансформаторы тока, питающие диф-
ференциально фазную защиту, дол..
жны выбираться по 10% HbIM харак-
теристикам, при этом уrловая поrреш
ность каждоrо трансформатора тока
Ы не будет превышать 7<}6.
Рис. 12 19. Схемы ззмещения При к. з. В з о н е кроме по-
симметричных состзвляющих. rрешности трансформаторов тока, ис
а прям?Й; б обрl'IТНОЙ И fj кажающих Ф азы токов имеется l ac-
НУЛСВОli последовательностей. '
хождение фаз первичных токов m И
ln вследствие различия фа8.между 9. д. С. Ё т И Еn эквивалентных
reHepaтopoB (рис. 12 19, а); разницы уелов полных сопРOlnивлений
Zm И Zn В схемах замещения прямой, обратной и нулевой последо"
вате-пьностей (рис. 12 19, а, б, в) и наложения ПLOКО8 наzрузкu На
ПLOки К. З.
Т О К И П Р я м о й п о с л е Д о в а т е л ь н о с т и (рис. 12 19, а)
.. . Е п r
I ml === Em/z lm , а 1т . Их фазы зависят от фаз э. д. с. С т
Zln
И Ё n . С учетом их различия, а также влияния наrрузки и несовпа
дения уr-пов Z1m И Zln сдвиr фаз 'Фl между 11т И 1 1n отличается от
нуля '1'1 ::/= О.
Фаз ы т о к о в о б р а т н о й и н у л е в о й последователь
ности на обоих концах линии определяются одним и тем же напря
[/Ci
z 1т
ZТП
а)
12т
ZZn
1т2
OJ
20 т
1 ОП
[то
372
}кением в месте К. 3. (011.2 или 0[(0), расхождени фаз Е т и Ё п на
эти составляющие не влияет.
Искажение, обусловленное различием yr лов сопротивлени Й,
не велико, поэтому праI{ТИЧески токи 12т И 1 2п , а TaK}J{e 10т и lоп
МОЖНО считать совпадающими по фазе.
Таким образом, сдви2 фаз .между cpaвHueaeJ1tblMU mО1{,ами /1 +
+ k/ 2 или /1 + k/ o на каждом конце лuнuи определяется в ОСН08fЮ.М,
различие.м, фаз токов пря.М,ОЙ последоваmеЛЬfюсrпu 11т И 1 1п . Учиты
вая это, коэффициент k выбирается ВОЗМО}J{НО большим с тем, чтобы
при несимметричных к. з. влияние тока /1 на фазу cYMMapHoro тока
было наименьшим. Искажение фаз токов 1т и I n при внешних к. з.
рассмотрено в ] 2 8.
12 7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО ФАЗНАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА т И..
ПА ДФЗ 2
Зашита типа ДФЗ 2 [л. 55, 57] предназначена для линий ] 10
и 220 кв в качестве основной быстродействующей защиты от всех
видов к. 3. П риицип действия защиты основан на сравнении фаз
70КОВ /1 + k/'}. по концам защищаемой линии. Схема защиты пост
роена аналоrично принципиальной схеме, приведенной на рис. 12 17.
Защита имеет три opraHa: пусковой, манипуляции и сравнени фаз.
Пусковой opraH состоит из двух комплектов. один, бо.лее
чувствительный пускает в. ч. пост, а второй управляет цепью от.t<:лю
чения и реле сравнения РО. Оба комплекта приходят в действие
только при появлении токов обратной и нулевой последовательно
(тей, блаrодаря этому они не реаrируют на наrрузку и облад3IОТ
..
высокои чувствительностью.
Для обеспечения действия защиты при трехфазных к. 3. пуск
вой opraH выполнен по схеме, позволяющей фиксировать KpaTKO
временную несимметрию, возникающую в перВЫЙ момент трехфаз
Horo к. 3. Фиксация осуществляется по схеме, аналоrичной приме-
l1яемой в фильтровой защите (рис. 12 14). OpraH манипуляции под
ключается на токи линии через комбинированный фильтр фм, на
выходе KOToporo появляется напряжение Им == k' (/] + k/ 2 ), управ
ляющее работой reHepaTopa высокой частоты.
Релейная часть может работать совместно с в. ч. постом типа
ПВЗК на электронных лаl\'lпах или с постом ПВЗП на полу
проводниках [л. 55, 571.
НИ}J{е более подробно рассматриваются устройства отдельных
элементов защиты и ее схема (рис. 12 20 12 22).
\Il у с к о в о й о р r а н з а Щ н т ы. Комплект, пускающий в. ч. пост,
СОСТОИТ из двух реле ПР! и РТl и промежуточных реле КРl и КР2 (рис. 12 21),
осуществляющих фиксацию появления /2 и /0' Комплект, управляющий релейной
частью защиты, выполняется с помощью трех реле ПР2. РТ2, П3 и промежуточных
реле КР4 и КР3, служащих для осуществления схемы фиксации.
р е л е ПР J и П Р2 являются осноВными пусковыми реле, действующими при
всех видах к. з. Они питаются выпрямленным током от фильтра тока обратной и
нулевой последовательностеЙ (рис. 12 21). ,
373
,
р е л е РТ /, РТ2 и ПЗ являются nополнитеЛЬНЫ1\lИ и предназначены для
!Iействия при трехфазных к. 3. На длинных линиях в качестве ПЗ применяется
направленное реле сопротивления типа KPC 131. На средних и коротких линиях
используется реле 'минимальноrо напряжения, если оно обеспечивает необходи*
мую чувствительность.
Pe.J]e РТ / и РТ2 являются токовыми типа РТ 40, включенными на ток OДHO
именной фазы.
П у с к в. ч. r е н е р а т о р а производится от контактов реле кр 1, KO
,.орое ПРИЕОДИТСЯ В действие пусковым реле ПР 1 или РТ 1. Обмотка кр 1 в нор.
мальных условиях обтекается током, а контакты в цепи пуска reHepaTopa разомк*
нуты (рис. 12 20)- При появлении несимметрии (т. е. токов 12 и 'о) реле ПРl
размыкает цепь обмотки КР 1, реле
КР/ отпадает и пускает reHepaTOp,
подавая на Hero плюс. OДHOBpeMeH
но вторым контактом реле КР1
размыкает цепь своей обмотки, ис
ключая этим возможность возврата
реле при исчезновении кратковре*
меиной несимметрии и фиксируя,
таким образом, ее появление.
Возврат реле КР 1 и прекра
П!lСIf В.Ч. щеllие работы высокочастотноrо re.
еенераrпора нератора происходят при помощи
реле К Р2. Это реле срабатывает
через O,5 Oo6 сек после разрыва
тока. нормально проходящеro по
ero об 1отке через контакт КР1, а
при к. з. через контакты ПР 1
или РТ 1. При срабатывании реле
КР2 замыкает цепь обмотки реле
кР/, восстанавливая в ней ток,
под влияниеl\'I KOToporo реле КР1
возвращается, прекращая пуск re.
нератора.
Т аким' образом'. пуск высокочас
тотноео еенератора осущеСfТl(Jляет
ся М,2новен.но при работе реле ПР/.
а прекращение еео действия пpoиcx
дит с замедлением' через O,5 O,6 сек
после возврата ПР 1 и РТ 1.
При повреждении в зоне Дей
ствия защиты прекращение работы
передатчика в. ч. ПРОllЗВОДИТСЯ oд
повременно с подачей Иl\lпульса на отключение выключателя от. реле- КР6.
Реле КР6 исключает задержку отключення поврежденной линии при «KaCKaд
ном» действии защиты. При отсутствии реле КР6 передатчик на конце линии, от.
ключившемся быстрее, продолжал бы работать, посылая из за прекращения Ma
нипуляции сплошной импульс высокоЙ частоты, в результате чеrо защита на про
ивоположном (еще не отключившемся) конце линии была бы заблокирована.
П у с к о в о е р е л е РТ 1 предназначено для исключения одностороннеrо
пуска высокочастотнЫх постов при трехфазном к. з. вне зоны защиты, возможноrо
под влиянием токов небаланса в фильтре, питающем реле ПР 1 и П Р2.
Реле РТ 1, срабатывая при трехфазных к. з. на обоих концах линии, обеспе.
чивают двусторонний пуск передатчнка.
Пуск цепи отключения защиты при несиммет*
р и ч н ы х к. з. производится реле П Р2. Оно срабатывает при появлении несим.
!\Iетрии и своим нормально открытым контактом пускает рt::ле КР5. а нормально
S3KPbITbIM приводит В действие КР4, которое подводит ПЛЮС к контактам реле
РО. При с и м м е т р и ч н ы х к. 3. пуск защиты осуществляется COBMeCT
ным действием реле П Р2 и ПЗ. в этом случае реле П Р2 срабатывает KpaTKOBpe
+
КРЬ
t::i
f::;
.
lI.j
r,"
-::;
<'o;:j
НР2
-<
IfP!
PТl
IfPl
t::I
"-
"
'"
t::I
::..
:::э
НР5
НР4
ПР2
РТ2
I<Р6
/IЭС РП
f2Эl
ПЗ КР4 КР5
НР3
Рис. 12 20. Схема пепей постоянноrо тока
дифференциал ьно фазной высокочастотной
защиты ДФЗ 2. Контакты реле показа
ны в рабочем положении.
374
,..
"
менно и разрывает цепь обмотки реле КР4. приводя ero в дейсmие. Одновременно
срабатывает вспомоrательное пусковое реле П3, действующее в течение Bcero вре 4
мени, пока длится трехфазное к. з. Цепь пуска защиты образуется через соединеН4
J-IbIе последовательно контакты реле КР4 и П3. Такая схема исключает пУСК3ащиты
при симметричных nере2рузках. так как в этом случае не действуют реле П Р2 и
КР4, и кратковременных несuмметрuях. не сопровождающuхся короткими за 4
tы1wuями поскольку при этом не работает реле П3. Возврат реле КР4, сраба
аътвающеrо при действии ПР2, осуществляется при помощи реле КР3, которое
замыкает контакт через 0,25 сек после срабатывания реле КР4, разрывающеrо
(f()K в ero обмотках.
+
I ет
ЛРlpао f1PZ pa tf I ет
I
с, I т м lIIIIE8IIIII8
I
I
I
I
С D А I
r фи
I r
I ·
I I I
I I I
пускоВоu ореон
OpaO/i !/17роl!леНttЯ
elll!poтOpOM тоноВ
Вы{'оноu IIccmomtJI
Рис. 12 21. Схема цепей переменноrо тока дифференциально фаз
ной высокочастотной защиты ДФЗ 2.
Таким образом, цеПь отключения при трехфазных к. з. замыкается только на
0,25 сек, чеrо, однако, достаточно для действия защиты при повреждении линии.
При несимметричных к. з. цепь обмотки КР5 остается замкнутой контактами
П Р2, пока продолжается к. з.
Кроме реле КР4, цепью пуска реле КР3 управляют реле П3 и КР5. KOH
([акты реле КР5 ВЕедены в эту цепь для устранения пульсирующей работы реле
КР3 и КР4 в случае несимметричноrо к. з., продолжительность KOToporo Превы
тает время деЙствия реле КР3. а контакт реле П3 служит для блокировки защиты
при нарушении цепи },Iапряжения, питающей защиту.
При обрыве цепи напряжения лусковое реле П3 срабатывает, в результате
чеrо пуск защиты становится возможным не только при к. з., но и при KpaTKOBpe
менной несимметрии без к. З., что может вызвать неправильное действие защиты
в случае неисправности в. ч. канала.
Предусмотренная в схеме блокировка устраняет эту опасность. Срабатывая,
реле П3 пускает реле К Р3, КОТ0рое с выдержкой времени шунтируеJ1 конта кты пус
KOBoro реде П Р2 1 не ПО3ВОJ1ЯЯ vаботать реле КР4 1 а сле.доватеЛЬНО 1 и защите при
375
появлении несимметрии. Однако в результате такой блокировки защита не сможе"F
деЙствовать при трехфазных к. 3. В зоне в случае повреждения ее цепей напряже
ния.
Этот недостаток частичнО устраняется при помощи реле РТ2, включенноrо,
и-ак же как и реле РТ} , на ток фазы. Реле РТ2 приходят в действие при трехфазных
к. 3., осуществляя пуск защиты
ломимо контактов па и КР4.
Для отстройки от наrрузки ус...
il'aBKa на реле РТ2 берется rpy-
бой, поэтому РТ2 работает толь-
ко при к. 3. С большим током.
Цепи nepeMeHHoro
о к а. Пусковые токовые реле
ПР} и ПР2 (рис. 12 21) выпол-
няются при ПОМOIди IlОЛЯРИЗО
ванных реле, питаемых токами
/2 и 3/0 через выпрямитель. Р<"ле
il'акой конструкции не имеЮD
вибрации контактов и обладаЮ1 1
незначительным потреблением.
Последнее облеrчает выполнение
фильтра Ф2' от KOToporo ПИlа
ются реле.
т
п
. .
Еф==ЕJj t-Е r1 +Е r 2
Е"2
'с
(rl
r2
.
lв
.
.
.............
...,......
1...1
..............
2
r, Jr;
1
r2 ;! r
а)
2 io2) jfl :vjiC2 .;j
. 2
la J r
/С2
. . 1 . 1
(JA2 +102) J r=l c 2 J r.
. . f ; 1
Ц (tl{jt) J r =/Сl 3 r
101
. . r r.;. r
(JAl /B1)j "J = v'J lCl VJ
Eq)l=O
[00
iAO lCO.
2
l С2 J r
2
[В2
i A2 i 02
i Ф2 = 2i c2 r
2 .. /1.1
Ico J r.. ( O+IBO)Jr
. r . r
+j18u YJ . jl.4o fl
Ефо=О
о)
Рис. 12.22. Схема и векторные диаrраммы nycКOBOro фильтра
токов обратноЙ ПОСJlедовательности.
с целью повышения чувствительности nycKOBoro opraHa при однофазных
к. 3. реле ПРl и ПР2 питаются, кроме тока /2' током /0.
Ф и л ь т р Ф2 (рис. 12-22) состоит из активных сопротивлений '1 и Т2 И TpaHC
форматорноro реактора, выполненноrо (l'aK же, как и в фильтре защиты Р дл
(см. lO 7). Сопротивление'l питается (l'OKOM /с' реактор разностью TOKUB
'А 1 в и сопротивление '2 суммой токов iA + j в. Напряжение Е ф на ьы-
376
ходе фильтра (зажимы тп) равно:
Еф E r1 +i Tp +E r2
Ё ф ic 1 (i A jB) jXm (i A + i B ) r 28
Ш1И
(12 4)
Сопротивления '1' Х т И '2 подобраны так, чтобы Е ф равнялось нулю при пита .
нии фИ.lJ.ьтра токами прямой 11 нулевоЙ последовательностеЙ, lJ,ля э:rоrо прини
l\,lается:
2 ] r
'1===з'; r2==зr Х т == Y3 .
Векторные диаrР2ММЫ фильтра Ф2 при питании ero токами I}, /2 И 10 и COOT
ветствующие Е ф . полученные на основе (l2 4), показаны на рис. 12 22, б.
П У с к о в ы е р е л е имеют две обмотки (рис. 12 21). Рабочие обмотки
Л р 1 раб и П Р2 раб действуют на замыкание контактов, а тормозные ПР 1 тор и
П P2-rop служат для улучшения возврата реле.
Манипулятор
За dаЮшии ае н еlJа т ор
+
'а' f
л,
'[
r +
Рис. 12 23. Принципиальная cxe!\.la орrаиа манипуляции.
Пусковой opraH, выполненныЙ по рассмотренной схеме, имеет следующие
особенности:
а) При несимметpuчных к. з. защита пускается на вce время, пока длится
К. з., а при симметричных вводится только на вре,мя, достаточное для ее действия.
При кратковременных несимметриях не сопровождающихся к. з., передат
чики пускаются на 0,6 сек, цепь же отключения остается разомкнутой KOHTaK
\r2MII реле П3, чем исключается неправильное действие защиты.
б) Пуск передатчика все2да продолжается дольше, чем время ВКЛЮ'lения реле
РО. Блаrодаря этому при внешиих К. з. цепь ОТЮIючения защиты размыкается
до прскращення б.'10кирующеrо тока высокой частоты, что повышает надежность
защиты при внешних к. з.
в) Защита 20това к nOemOPHOJ.-:У действию при несuмметричных к. з. в любой
J.юмент, а при трехфазных через 0,2 сек после прекращения первО20 к. З., так
как контакт 'реле КР3 размыкается только через 0,2 сек после восстановления тока
в обмотке реле К Р3.
r) Во время неполнофазноrо режима пусковые opraHbI защиты MorYT приЙти
в действие, если токи 12 и 10 превысят уставку реле ПР1 и ПР2. Однако защита
б.'10кируется, как при внешнем к. з.
В случае возникновения в этом режиме к. з. на защищаемоЙ линии реле РО
сработает и защита подействует на отключение.
О р r а н у п р а в л е н и я, и л и м а н и п у л я Ц и и (рис. 12 23 и
12 25), состоит из комбинироваНllоrо фильтра фм, трансформатора т м и электрон.
ной ламПы Л 1 !} непосредственно управляющей лампоЙ Л 2 задающеrо rellepaTopa
приемопередатчика [J ВЗК.
.377
ФИ.тIьтр фм не пропускае-:r:: TOKO НУ.тIе.вой ПОС.тIедовательности. Напряжение
на ero выходных зажимах U Ф = /1 + k1 2 . При ПОI\ЮЩИ трансформатора т м
оно подается на сетку .ТIа шы Л 1 и упраВ.тIяет ее работоЙ. При отрицате.тIЬНОЙ ПО.тIу
БО.тIне напряжения и ф .тIампа Jl 1 заперта. При ПО.ТIожите.ТIЬНОЙ ПОЛУВО.тIне .тIампа
Jl 1 открывается и Б ней ПОЯВ.ТIяется анодный тоК / аl' Проходя по СОПРОТИВ.тIению
Т 1 , тоК /аl создает Б нем падение напря кения и == /:.11'1' которое подводится к за
щитной сеТКе С з .тIампы Jl 2 задающеrо [енератора. HOpMa.тIЬHO на сетку С з этой
.па шы подано напряжение и , создающее на сетке отрицательное смещение по
отношенИю к катоду .тIампы. Напряжение и запирает ,анодную цепь лампы Jl ,
не нарушая IЮ.ТIебаний в цепи самовозбуждения reHepaTopa, образующейся между
катодом и экранной сеткой Cfj' Напряжение и ПРОТИВОПО.тIожно по знаку напря
жен ию и и HeMHoro превосходит ero по БеШIчине. Поэтому при ПОЯВ.ТIеНИlI и
D
. 2
Mlyr m
. . ,
(/81 l' /а) утт [Аl
iл, r. . . . . )
{JФl ==/Al r J(llJ1 /C1 Хт=
:::iд,(r tfjxтN
j(i{jJ iC1)= ' {j
А
8
С
/С/
/ш
j(i81 ie,)хЛ7 : i.4 ,jjXт= Етр
п
а)
. 2
IA2 J rm
. . ,
(1в2 + -'C2)J 1ffl
i A2 r i;Ф2= 2",+j(iВ2 ic2)Хm=
j =i A2 (r+ V3x т)
А2
j(/ 2 iC2)xm = 2 VJXm ==Е тр
/С2
/82
Рис. 12 21. КОi\финировапный
фИ.тIьтр /1 + k/ 2 opraH3 Ma
НИПУ.тIяции.
2 .
r10 .
:J UФО =0
; r2io iTP= (ioB iDC)jXт=O
6)
на защитной сетке .пю.шы /12 Бозникает небольшой положите.тIЬНЫЙ по отношениЮ
к катоду потенциа.тI и с == и и . Лампа J7 2 открывается, в ней ПОЯВ.тIяется
анодный ток / а2' И передатчик ПОСЫ.тIает Б. ч. сиrна.тI в ШIНию. При появлениИ
отрицательной ПО.тIУВО.ТIны напряжения и ф Б. ч. сиrнал прекращается.
Таким образом, передатчик работает КО2да лампа Jl 1 открыта, и ocтaHaB
ливается, К02да она закрыта. В соответствии с этим импульсы токов высокой ча
с;nоты.появляются в течение положительной полуволны напряжения им и тока
11 + k/ 2 U исчезают 80 вреJ,lЯ отрицательной полуволны этОi!О тока.
. Д.тIЯ оrраничения напряжения на сетке лампы Jl 1 при больших кратностях
тока к. з. Б cxe le предусмотрены стаБИШlзаторы (стабишIВО.тIЬТЫ) ст (рис.
12 21 и 12 23).
С х е м а Ф и л ь т р а Фм показана на рис. 12 24. ОН? сострит из трансфор
MaTopHoro реактора тр м' питающеrося разностью ТОКОБ I B lс, и активноrо
сопротн лени 'м' по левой части Koтoporo проходит ток i А' а по правой cYM la
'IОКОБ [в + [с. .
На БТОричных зажимах трансреактора образуется э. д. с. Е == jx т и в
. . . тр
[с), отстающая на 900 от Бектора I B Ic- Ве.ТIичина Х т может реrУ.ТIироваться
ответвлениями вторичной обмотки и должна уДОБлетворять УСЛОБИЮ Х m <, т/У 3:
378
. . 2
На зажимах лсвой части сопротивления создается напряжение EII == I A з. r т'
. . I
.а lIа правой Е) == ил + Iс) 3 r m .
Результирующее напряжение U ф1 на выходе фильтра равно rео,rетрической
сум:.1е векторов напряжений на зажимах erO элементов, т. е.
. . . . . .2 .. I
U ф == Е тр + E II + E I == Е тр + /А 3 r m ив + [с)з r m
Векторные диаrра IМЫ напряжений на элементах фильтра и ero выходе при
прохожд-ении токов прямой, обратной и нулевой ПОС.Тlедовательностей и соот..
ветствующие им и ф показаны на рис. 12 241 б.
[ й
[5
а}
Рис. 12 25. OpraH сравнения фаз.
а принципиаJ1ыlяя CX Ma; б диаrрамма
работы.
I 10
I
I I t I I
'fo I 1/\;/\1
I I I( V \ t
..
t I /Ipo t
....
6)
Из диаrраммы следует, что токи нулевой ПОС.'Jедовательности не создают
напряжения на выходе, в то время как U Ф1 и U Ф2 ОТЛИЧНЫ ОТ нуля, поэтому резуль-
тирующее напряжение
U ф == U Ф1 + И Ф2 == i A1 (r У3Х m ) + i A2 (r + '/3Хт) ==
== k' (i Аl + k i А2)'
rде
02 5)
k == r + УЗ"Х m
r уз Х т .
т аким образом, и,ь пропорционально /1 + ki 2 . Конструкцией предусматри
nаются три знаЧеНИЯ k: .4, 6 и 8. При k == 8 передатчик начинает работать при
токе на входе фильтра 11 == 2 а или /2 == 0,25 а.
О р r а н с р а в н е н и я фаз. Как указывалось, реле РО (обозначенное
на рис. 12 25 П Р4) питается анодным током приемника и реаrирует на разность
фаз токов по концам линии в зависимости от характера в. ч. сиrнаv1Jа. Б защите
ДФЗ 2 в качестВе реле П Р4 применено поляризованное реле, включаемое по схеме,
показанной на рис. 12 25, а.
Анодный ток приемника /2 п.ри к. з. В зоне ИJl.'Iеет прерывистый характер,
изображенный на рис. 12 25, б. Если бы реле П Р4 ПитаЛ ось непосредственно
анодным током, то ero Iюнтакты замыкались бы ненадежно. Поэтому пнтание реле
П Р4 осуществляется по особой схеме, преобразующей прерьmистый анодный ток
приемника в постоянный. Схсма состоит из трансформатора Т, выпрямителя В
и конденсаторов С З и С 4 . ДЛЯ уяснения процесса преобразования представим, Что
кривая анодноrо тока разложена на rармоники с частотами, кратными 50 zц.
Токи высших rарм:оник (f > 50 zц) замыкаются rлавным обраЗО I через конденса-
тор С З , а токи основной частоты (f == 50 2Ц) через индуктивное сопротивление
первичной обмотки трансформатора Т, имеющей для токов основной rармоники
меньшее сопротивление, чем конденсатор с з . Вторичный ток трансформатора Т 1 аl
379
Быпрям.пяется выпрямите.пем В, сr,паживается конденсатором С 4 и питае-т обмотку
ре,пе П Р4 в том случае, еС.тrи контакты промежуточноrо pe.тre KPS замкнуты. По..
следнее срабатывает только при действии пусковых pe.тre защиты при к. з. (см.
рис. 12 20).
Величина тока в реле зависит от продо.тrжите.rrьности импу.тrьсов ВЫСОКОЙ qa
стоты. С уменьшением и'нтервалов между импу.пьсами тока вы-сокоЙ частоты
уменьшается ток / РО' поступающий в реле ПР4 (РО). При токе 1 РО /c.iJ
pe.тre П Р4 приходит в действие. Так как продо.тrжительность перерыва между Ш.
пу.пьсами высокой частоты заВиСИт от сдвиrа фаз Ф между токами J т и I п по кон"
цам .тrинии, то, следовательно, величина тока I РО зависит от у.?ла'Ф. Эта зависи..
"lOCтb 1 РО== f (11' ), называе"юя Фазной XapaK
теристикой, изображена на рис. 12 26.
Уrол б.покировки защиты реrу.тrпруется
уставкоЙ П Р4 в пределах ---+--- 45 + 60->.
Действие защиты при
р а 3 л и Ч н ы х р е ж и 1\1 а х. При ВнеШ
нем несимметричном к. з. на обоих кон..
цах .тrинии срабатывают реле ПР J и ПР 2 ,.
приводящие в действие в. ч. ПОСТЫ И раз..
решающие работать pe.тre РО (рис. 12 20).
Приемники постов принимают непрерыв
ный ток высокой частоты. Поэтому в реле
РО отсутствует ток и ero контакты 8
цепи отключения остаются ра30 IКНУТЫМИ.
Внешнее симметричное
к. 3. На обоих концах линии срабаты
вают пусковые реле па и кратковременно
реле ПР1 и ПР2. Через контакты КР3 и
КР 1 ПОДrотав.тrивается цепь отключения.
Защита не деЙствует на отк.тrючение, TaКi
как токи ВЫСокой частоты rенеРНРУЮТСlI
Ii е п р еры 8 Н О И В pe.тre РО отсутствуе1l
ток. Цепь отключения разрывае-::.'ся кон.
тактш..I pe.тre КР4 через 0,2 сек, noc.тre чеrо
защита rOTOBa к повторному деЙствию.
Пуск в. ч. постов продо.пжается 0.5 0,6 се/\..
Короткое замыкание в
3 О И е 3 а Щ и т ы. При двустороннем
питанни токи к. 3. проходят К месту п
вреждения с обоих концов .тrинИи. Под
в.тrиянием этих токоВ срабатывают пуско--
вые opraHbl 11 деЙствуют opraHbI управ.тrе
ния защит, которые пускают и останав.тrивают пер датчи!<и высокоЙ ([3стоты lIа
обоих концах .тrинии одновременно, так как токи /1 + kl 2 на выход.е фи.тrыров
манипу.rrящш совпадают по фазе. В .тrинии возникает прерывистый ток высокоЙ
частотЫ, обуслов.rrивающиЙ ПОЯВ.пение тока в pe.тre РО пос..1Jе за lыкания цепи ero
об ютки контактами реле КР5. Реле РО срабатывают на обоих концах .тrи:нии
и посы.тrают импу.тrьсы на отключение выключате.:'!ей.
При о Д н О С т о р О н н е м п и т а н и и .тrинии ток повреждения про
ходит только С ОДноrо конца .rrинии, связанноro с источником питания. Под пей.
ствнеы этоrо тока защита на питающем конце надежно пускается при всех к. з..
но поведение защиты будет зависеть от приемноrо конца, rIle проходит ТО.пыю ток
наrрузки. В случае неСИМ:\lеТРI чноrо к. 3. под в.тrиянием напряжения обратной
пос.тrедовате.тrьности, ВОЗНlIкающеrо в месте к. 3., по обоим концам линии будет
проходить ток /2' замыкающиЙся на приемном конце через HarpY3KY. Под деЙст"
Вие:\1 этих токов в .тrинии появится прерывистый сиrна.тr высокоЙ частоты и защита
сработает на отключение.
В случае симметричноrо трехфазноrо к. з. ток несимметрии появится То.пько
в первый момент. Пусковые реле ПРl сработают кратковременно и пустят nepe-
ча е1
O '"
. ' ро
:tб
fm
..............
te
I п
...............
lm
1.2
2.8
2.
2.0
1,8
1,2
0.0
D.1r
о
st'
400 800 1200180°118001290 800 9° О
Yi pMa/f{ fi + ft lt.fJ./tfOKC
Рис. 12 2б. Фазные характеристики
дифференциа.rrьно фазноЙ BЫCOKO
частотноЙ защиты. Заштрихована
зона блокировки.
380.
nатчики на обоих концах линии на время, определяемое замедлением реле КР2
и.КР3. Передатчик на питающем конце, управляемый током к. 3., будет посылать
прерывистый ТОК высокой частоты. Передатчик же на приемном конце будет pa
Uoтать непрерывно, посылая сплошной сиrнал, так КаК на этом конце линии Ha
пряжение будет равно нулю, вследствие чеrо ток в линии и манипу-ляция [енера-
орной лампой отсутствуют. В результапw зто о аащита откажет в действии.
Короткое заJ-tыканuе в эmo.м случае должно отключаться резервной защиmoй линии.
Разработана и находится в опытной эксплуатации дифференциально фазная
защита на полупроводниках типа ДФЗП [Л. 56].
12 8. ВЫБОР УСТАВОI( ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО ФАЗНОЙ ВЫСОI(ОЧАСТОТ..
НОЙ ЗАЩИТЫ
'Уставки на пусковых pe.z'le. Выбор уставок ведется на осно!3 е
следующих общих положений:
1. Для обеспечения селективности при внешних к. 3. (см. 12 6),
пусковые реле# уnравЛЯЮLцие цепью ОЛlк.люченuя# должны иметь более
срубую уставку. чем (пусковые) реле# уnравЛЯЮLЦue пуском в. ч. пo
Сlпов на противоположном конце линии. Чувствительность пусковых
реле в цепи отключения принимается с обеих сторон линии одина
l{ОВОЙ, аналоrично выбираются равными уставки на реле, пускаю
Щ1fХ в. ч. пост.
2. Во избе>кание действия защиты в ре}l{имах наrрузки пуско
вые реле, реаrирую!цие на нее (РТ 1, РТ2 и П3), отстраиваются от
наrрузки с учетом k воз '
3. Пусковые реле, включенные через фильтры симметричных
составляюших (реле ПР} и ПР2), отстраиваются оттоков небаланса
при внешних трехфазных к. 3.
Т о к с р а б а т ы в а н и я РТ J (пускающеrо в. ч. пост) (1 С'З'РТl) от-
страивается от наrрузки и определяется по выражению
I k H 1 на.. маКс
с. 3 РТ. == k '
воз
( 12 6)
[де 1 H8f.M8KC принимается равным МaI{симальной HarpY3Ke в н о р м а л ь н о м
р е ж и м е; при этом допускается, что в аварийных режимах реле РТ J может cpa
ботать, ПОСКОЛЬКУ это не может вызвать ложноrо действия защиты.
Т о к с р а б а т ы в а н и я РТ2, осуществляющеrо ПУСК цепи отключения,
(/ с.ЗРТ2)' выбирается больше IС.ЭРТl на противопоiюжном конце лИllИИ и от-
страивается от 1 Har.M8KC В аварийном режиме. "
По первому условию :
Iс.зРТ2== (1,5+2) Iс.зРТt. (12..7)
По второму условию I С.зРТ2 определяется по выражению (12 6), ,в котором
I H8r.M8KC принимается максимально возможным в аварийном режиме.
За окончательное значение Ic зРТ2 принимается большее И3 двух величин.
т о К с р а б а т ы в а н и я jz Р J (пускающеrо в. ч. пост) отстраивается 011
I нб при внешних трехфазных К. 3., KorAa 1';' == I С.ЗРТl' При указанном значе
нии т:} будут работать реле РТ 1, обеспечивая двусторонний пуск передатчиков,
lЮ.НОМУ ложное .llей твие реле РТ 1 от небаланса в этих условиях не опасно:
J с. з11Р1 ;:;;;;;; k B J но. )' (12..73)
381
т о к с р а б а т ы в а н и я ПР2 (управляющеrо цепьЮ отключения) выби
рается из условия
J с.зЛР2 == / с. эЛР\"
Чувствительность пуска цепей отключения защиты проверяется по минималь
ному значению /2 при двухфазном и однофазном к. 3. на ПРОТИВОПОЛОЖНО I конце
линии. Коэффициент
/2 МИН 2
k ч == ;;:;;: .
/ с.эЛР2
В случае недостаточной чувствительности при однофазных к. 3. ВВОЛИТСЯ
элеменТ t реаrирующиЙ на /0'
Величина тока в реле П Р2 при минимальном значении расчетноrо ток&-3/ 0
при однофазном к. з. и выбранноЙ уставке на элементах /2 и 10 находится по кри.
вым, ПРИВОДИfvIЫМ В технических данных на ДФ3 2.
С о про т и в л е н и е с р а б а т ы в а н и я ПЗ нахоЛИТСЯ из условия
надежноrо охвата защищаемой линии и отстройки от токов иаrрузки.
По пеРВО IУ условию ZC.3 == (1,5 + 2) Zл при (j)p == (j)K' ПО второму условию
k H Zp аб. мин
ZC.3 == при (j)p == (j)H'
k воз
ТОК срабатывания реле РО (РП4). От величины этоrо тока зависит
величина уrла блокировки , что виДно из рис. 12..26. УсОЛ (3,
а следовапlельно и ток срабатblвания PO дОЛЖНbl бblть таки.МИ
чпlOбbl защита не действовала при внешних к. з. и надежно работала
при повреждении в зоне при имеющиХ Mec1JlO искажениях фаз.
При в н е ш н и х к. .з. В 'результате фазовых поrрешностей
сдвиr фаз 'Ф между токами 1т и lп отличается от 1800 на уroл (3. Это
иска)кение фаз вызывается:
1) уrЛОВЬП\lИ поrреШНОСТЯl'vlИ трансформаторов тока (PT.T;
2) появлением сдвиrа фаз первичных токов по концам защищае-
мой линии CPc вследствие наложения на ток сквозноrо к. з. емкост-
ных токов линии, эта поrрешность учитывается только на длинных
линиях 330 к13 и выше (см. 14..}, б);
3) уrЛОВЫl\1И поrрешностями opraHa манипуляции комплектов
защит t JPM;
'4) конечной скоростью распространения токов в. ч. С одноrо
конца линии на друrой. В реl\1Я прохождения в. ч. сиrнала с одноrо
конца линии на друrой t;=::: == 3. /05 сек, rде 1 длина линии,
KAf; V скорость распространения электромаrнитных волн (в. ч.
сиrнала), приближенно принимается равной скорости света
3 -105 км/сек.
За время t фаза первичноrо тока, например на конце т, изме-
няется на cp rрадусов. Продолжительность одноrо периода пер-
вичноrо тока (с частотой f ;=::: 50 сЦ) Т === 1/50 === 0,02 сек. С учетом
этоrо
,
3600
<p:;::: о 02 t == 18. 102 t.
, сек
Подставив в это выражение значение I1f, получим, что за время
переД&ЧИ...Иl\:lпульса в. ч. на расстояние 1 фаза nервичноro тока
382
1
изменится на ДfP == 18 .102 3.10:> == 0,06.l, ерад. На линии с 1 ==
== 100 K.!J-t фаза первичноrо тока искажается на уrол L\fP == 6 Р . С уче..
том сказанноrо полная фазовая поrрешность, или отклонение yr ла
сдвиrа фаз ,ф от 180°, при внешних к. з. равна сумме перечислен
...
ных выше поrрешностеи:
== L\fPT. Т + L\fPc + L\<pM + 0,06l. (12 8)
Расчет и опыт эксплуатации показывают, что суммарное значе
нне поrрешностей достиrает 40 550 в зависимости от длины и на..
пряжения линии. С учетом необхо
димоrо запаса уrол блокировки
принимается равным 45 б6 О. Co
ответствующий этому предельно
допvстимый сдвиr фаз междv то..
I{ами 1т и I n уrол 'ф == 180() Вб.
Такое отличие сдвиrа фаз 'Ф от 180<3
приводит К нарушению н е п ре..
рыв н о с т и в. ч. сиrнала, как
показано на рис. 12 27, и появле
ВIIЮ тока J РО в реле РО (реле П Р4
в ДФЗ 2), под действием этоrо тока
защита может сработать непра..
вильно. Для исключения непра..
вильной работы защиты при внеш..
них к. з. необходимо выполнить
условие
J РОс.р > J РОмвкс И 'ф 180 ,
( 12 8a)
rде I РО макс максимальный ток в
реле РО, а 'Ф максимальный дo
пустимый уrол сдвиrа фаз ме:жду
1т и I n при внешних к. з.
Задавшись значением А, ток
t1 а первичиые токи по концам линии;
срабатывания, удовлетворяющий 6 высокочастотные l!МПУЛЬСЫ в J1и
02 8a), находим rрафически по кри" нии; е ток в реле РО.
вой /Ро =::::: f (\j;) (рис. 12 26). Най..
денное значение / С.РРО и соответствующее ему значение В должны
обеспечивать надежную работу при к. з. в зоне, для чеrо необхо
димо, чтобы сдвиr фаз между 1т и 'n уrол 'Ф 180 .
в защите ДФЗ 2 предусмотрено три уставки срабатывания
на реле П Р4, которым соответствуют три значения (уставки) yr ла
блокировки В: + 45; + 52 и + 600. Поэтому практически выбор
1 РО С.Р сводится к выбору В с учетом расчетных значении yr ловых
поrрешностей.
Коэффициент k фильтра
k' (/ 1A + k1 2A ) определяет
I (Ы)
а)
I
II
..1"
l'
t
j
10'
lr
I I , i
I I I I
I I 1 прие мн ИtШ I I
I I
f
БJ
' р "
t
б)
Рис. 12 27. Нарушение иепрерыв
ности высокочастотноrо сиrнала
из за искажения фаз токов.
манипуляции в выражении (; м ==
Величину и фазу напряжения на
383
выходе комбинпрованноrо фИJ1ьтра маНИПУJ1ЯЦИИ. I(оэффициент Il
ДОJ1жен быть таким, чтобы при несимметричных к. з. cJ1araeMoe k/ 2
существенно преВОСХОДИJ10 /1- При ВЫПОJ1нении этоrо УСJ10ВИЯ
I .
напряжения на выходе фИJ1ьтра будут определяться током /2' фазы
которых при повреждении в зоне совпадают на обоих концах J1И
А / нии (э 12 7). Исходя из этоrо
8 j А1 УСJ10вием ДJ1Я выбора k ЯВJ1Яется
С I неравенство k/ 2 k зал / t ; коэф
..z + "': .#182 фициент запаса k зап ПРИНИl\.tается
zc2....../ равным 1,5. Отсюда
АнаJ1ИЗ показывает, что от.
ношение /1// имеет наиБОJ1ьшее
,
значение при двухфазных к. з.
на зеМJ1Ю на ПРОТИВОПОJ10ЖНОro..{
конце J1ИНИИ. Наиболее неБJ1аrо
приятным (при схеме питания фИJlьтра" показанной на рис. 12 24)
является замыкание на землю фаз В и С. В этом СJ1учае ТОКII прямой
и обратной ПОСJ1едоватеJ1ьностей фазы А, через которые выражается
U ф , сдвинуты на 1800 (рис. 12 28).
По расчетному значению /1//2 corJlaCHO (12.9) находят l\Iинималь.
ную величину КОЭффИllиента k. Рекомендуются значения k порядка
6 8. По условию селективности при внешних замыканиях коэф
фициенть! k должны приниматься одинаковыми на обоих конпах
J1ИНИИ.
.
+.
Iс /п
Рис. 12 28. Векторная диаrраl\lма при
двухфазном к. 3. на землю.
\
k ==- 1,5 1 1 \ . (12 9)
2
12.9. ОЦЕН КА ВЫСОКОЧАСТОТН ЫХ ЗАЩИТ
ПРИНllИП действия в.ч. защит,. напраВJlенных и дифференциально
фазных, надежен и прост. В настоящее время эти защиты ЯВJ1ЯЮТСЯ
единственными защитами, обеспечивающими MrHoBeHHoe и ДBYCTO
роннее ОТl\лючение к. з. на J1ИНИЯХ большой протяженности. Общим
недостатком всех в. ч. защит ЯВJ1ЯЮТСЯ БОJ1ее высокая стоимость
и CJ10}KHOCTb по сравнению с друrими видами защит.
Высокочастотные защиты ПОJ1УЧИJ1И широкое распространение
как; основные защиты в сетях 110 500 кв. ОНИ ПОЗВОJ1ЯЮТ обеспе
чить быстрое и сеJ1ективное ОТКJ1ючение к. з. при J1юбой конфиrу
рации сети и ЯВJ1ЯЮТСЯ наиболее чувствительными. Учитывая, что
в. ч. защи'l'Ы относятся к ЧИСJ1У СJ10ЖНЫХ, их СJ1едует применять
TOJ1bKO в тех СJ1учаях, коrда БОJ1ее простые виды защит Qказываются
неприrодными.
В Советском Союзе наиБОJ1ее широкое распространение ПОJ1УЧИJ1а
дифференциаJ1ьно..фазная защита. ДифференциаJ1ьно фазная в. ч.
защита имеет существенное преимущество: она не реаrирует на
качания. Это преимущество приобретает важное значение с BHeд
рением быстродействующих и несинхронных АПВ, сочетание KOTO
384
рых с защитами, реаrирующими на качания, вызывает серьезные
затруднения. ПОМИМО TOtO, дифференциально фазная защита типа
ДФЗ 2, применяемая в СССР, отличается достаточно простой cxe
мой и ВЫСОКОЙ чувствите.;'1ЬНОСТЬЮ пусковоrо opraHa.
r лава 11lрUflадца/nая
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ЗАЩИТЫ
ПРИ КАЧАНИЯХ
13 1. ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ
НА ЗАЖИМАХ РЕЛЕ ПРИ КАЧАНИЯХ
Явления, называемые качаниями, возникают при нарушении
синхронной работы reHepaTopOB электрической системы. Качания
сопровождаются возрастанием тока и снижением напряжения в сети,
на эти изменения тока и напр яжения защиты реаrируют так же,
как и на симметричное к. з.
Представление о характере изменения тока и напряжения при
качаниях дает рассмотрение простейшей электрической системы
(рис. 13 1, а), состоящей из двух reHepaTopOB: r А и r в, связанных
между собой линней электропередачи. В нормальных условиях
уrловые скорости ША и ШВ, С которыми вращаются векторы э. д. С.
Ё А И Ев, одинаковы. При нарушении синхронизма скорости Bpa
щения роторов reHepaTopOB r А и r в, а также скорость вращения
векторов их э. д. с. становятся различными.
Если предположить, что скорость вращения ротора reHepaTopa
r А стала большеЙ, чем reHepaTopa r В, то и электрическая скорость
(ОА> U)л.
В результате этоrо .вектор Е А (рис. 13 1, б) будет вращаться
относительно вектора Ев с уrловоЙ скоростыо скольжения (!) s ===
==: ША ШВ, а разница э. д. с. I1Ё == ЕА Ё л будет менять СВОЮ
величину в зависимости от значения уrла б.
По.паrая, что по величине ,ЁАI == IЁлl == Ё, из векторной диа
rpaMMbI t изображенной на рис. 13 1, б, находим:
/1Е === 2Е sin '
( 13 1 )
rде уrол б функция времени и скольжения (us'
При (us == пост. уrол б === u)st; с учеТОl\1 этоrо
. ffi
/1Е == 2Е sin 2s t.
03 2)
Полученное выражение показывает, что деЙствующее значение
/1Е меняется по закону синуса и достиrает максимальной величины
при б == 1800 (рис. 13 1, в), а минимальной при б === о.
13 н. в. ЧерноБРОБОВ
385
т о к к а ч а н и я. ПОД влиянпеl\l э. д. с. ДЁ в сети, соединя"
ющей [енераторы r А и r в, появляется ток качания:
дЕ
/S\аЧ == z .
АВ
#'
(13 2a)
Сопротивление ZAB == 11 X B + r B является эквивалентным со-
противлением цепи, по котороЙ замыкается ток 1 кач.
Пренебреrая активным сопротивле ием r АВ, можно считать, что
'Ток Is{ач отстает от э. д. с. ДЕ на 90 .
ZAe='AB jх Ав
М
N
4 м с N
....... ХАМ Х МН Хвн .....
/f, ЕА :. IKO'-/ Ев
lJ((]LJ
fA
l ко ,(
а) ll(llq
8 6'= 1800
8
... .ЕЛ м и м C Ai Ев
О)
IKO'f 'У,м
А
W s
б)
--Е,
А
+Е в
pfU M
/
Jf
А
м
11/
z)
Рис. 13 1. Векторные диаrраммы токов и напряжений при качаниях.
а простеi'iшая электрическая система и схема ее замещеиия; б и е .... векторные диа-
rpaMMbI при раЗJJИЧНЫХ знаllениях yrJJa; 2 .... распределение напряжения в снстеме при
l) ;;:;; 180°.
с учетом (13 1), 03 2) и (13 2a)
2Е . ()
Is{ач == SlD 2 ·
Х АВ
(13 3)
Из (13 3) следует, что деЙствующее значение тока качания l Кзч
меняется с такоЙ же периодичностью, как и ДЁ. Характер измене
ния 1 кач по времени показан на рис. 13 2, а. Максимальное значе
ние 1 кач достисается при б === 180Cf т. е. КОсда з. д. с. сенераторов r А
и r B противоположны по фазе, ,
2Е
ls{ач. макс === """':""""'".
ХАЛ
(13 3a)
При б == О, КОсда э. д. с. еенерапюров совпадают по фазе, lкач
снижается до нуля.
386
Однако в действительности при б =:;;; О ток 1 кач будет отличен от
нуля, так как обычно Е А =1= Ев. Это обстоятельство необходимо
учитывать при анаЛИзе поведения защиты при качаниях.
Н а п р я ж е н и е в какой либо точке М сети при качаниях
(рис. 13 1, а) равно: 0111 == ЕА 1 кач Х АII1; здесь j К8ч Х А/I'1. падение
напр яжения на участке А М .
Вектор падения напряжения / качХАlI1 совпадает по фазе с BeKTO
РО;\1 ДЕ (вектор АВ на рис. 13 1, б) и составляет ero часть. Следо
вате,пьно, на диаrрамме на рис. 13 1, 8
конеи вектора напряжения и. М будет
лежать на отрезке АВ. В каждыЙ MO
мент времени или, иначе rоворя, при
каждом значении уrла б действующее
напряжение в различных точках сети
будет различным. Наименьшее значение
оно имеет в точке С, в которой вектор
напряжения U с перпендикулярен BeK
тор у ДЁ. Эта точка называется э л е к ..
трическим центром систе
1\1 ы ИЛИ Э л е к т р и ч е с к и м Ц е н т 6)
Р о 1\] К а ч а н и й. Она находится в
середине сопротивления ZAB* при усло
вии, что э. д. с. jЁ А I === I Ё в 1, а сопро
ТИВ.ление на всех участках сети OДHO
родно. По мере удаления (вправо и вле
во) от электрическоrо центра системы . {jl
(точки С) напряжение им нарастает. '/
С изменением yr ла б изменяются и
напряжения во всех точках сети. При
б О напряжение во всех точках сети
одинаково и имеет rvlаксимальное знаЧе
нне U макс === Е. С увеличением б на.. Q ТОКа; б напряжения;
пряжение в сети снижается, имея наи в сопротивления.
меньшую величину в электрическом
иентре (в точке С). При б === 180 Q напряжение в электрическом иентре
системы падает до нуля, в остальных же точках системы оно отлично
от нуля и равно UJI/J. == /качZСIl1 (рис. 13 l, е).
На рис. 13 2, б показан характер измецения напряжения в точ
ках М и С сети в Функuии уrла б.
Кривые изменения сопротивления для тех же точек сети
U Аl U С
ZM== И ZC==
lкач lкач
приведены на рис. 13 2, 8.
lKa'f
l,'fa'l I
t
I
I
I t
I
I
I
I
I Zc.p
т-
I Z{jоз
I t
Рис. 13 2. Характер ИЗ:\lене.
ния электрических величин
на зажимах реле при качз.
ниях.
* При вычислении z АВ для определения электрическоrо пентра, а также токов
и напряжения при качаниях сопротивления reHepaTopOB замещаются сверхпере..
XO.llHbIM реаКТИВНЫ 1 сопротивление:\1 X d .
13*
387
1З 2. ПОВЕДЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ
П о в е Д е н и е п у c к о в ы х р е л е т о к а, н а п р я ж е -
н и я и с о про т и в л е н и я. Характер из:менения IHa B U нач И
ZН8Ч таков, что защиты, реаrирующие на указанные величины,
MorYT приходить в деЙствие. Действительно, сопоставляя уставки
срабатывания соответствующих защит с кривыми ИЗl\'lенения IкаЧt
U кач , Zнач (рис. 13 2, а, 6 и в), леrко убедиться в том, что реаrирую
щие на ток, напряжение и сопротивление реле приходят в действие
при качаниях.
Особенно небла20прияпlНblе условия для защиfп реа2ирующих на
U u Z возни'кают в элеклtричеСКQМ центре качаний и в близлежащих
от несо точках из за pe3KQW понижения напряжения на этом уча
cпlKe сети.
Пер и о Д к а ч а н и й т кач зависит от степени расхождения
скоростей синхронных reHepaTopoB. Чем больше разница (ОА (ОБ,
тем меньше период качаний Т нач'
Как видно из кривых на рис. 13 2, защиты действуют только
в течение части периода качаний Т'. Так, например, токовые реле
срабатывают при 1 ЮIЧ 1 С.р и возвращаются при снижении 1 нач
ДО величины 1 ВОЗ" Аналоrично ведут себя реле напряжения и реле
сопротивления.
3аIЦИТЫ, действующие MrHoBeHHo, MorYT сработать при любом
значении периода качаний при условии, что у токовых реле 1 с.р <
< 1 нач.макс, а У реле напряжения и сопротивления и С.р и ZC.P COOT
ветственно больше, чем Uнач.мии И Zнач.мин' Защиты, имеlощие BЫ
держку времени, действуют при качаниях только при условии, что
период качаниЙ превышает время работы защиты. Однако защиты
с выдержкой времени MorYT подействовать и при очень малых пе
риодах качаний, если время возврата реле 'воз оказывается больше
времени Т" (рис. 13 2, а). В этом случае реле не успевает вернуться
за время спада качаниЙ и, удерживаясь в сработаННО 'I состоянии,
может подействовать через несколько циклов качаний, коrда истечет
время ero действия. При !{ачаниях в системе продолжительность
периода качаний не остается постоянной. В связи с появившимся
возмущением скорость вращения ротора машины начинает изме
няться; например, увеличиваясь, она достиrает HCKoToporo пре
дела, после чеrо начинает убывать и затем снова повышается, KO
леблясь BOKpyr зн чения синхронной скорости. Соответственно
меняется и период качаний.
Различают два случая качаний: с и. н х р о н н ы е и а с и н
х р о н н ы е. В первом случае появившееся нарушение синхрон
нои работы не сопрово}кдается нарушениеl\f устойчивости (асинх
РОННЫ;\1 ХОДОl\f) rеператоров. При этом разница электрических
скоростей reHepaTopoB (Os == (ОА (ОН быстро Уl'леньшается, при
бли}каясь I{ нулю, а уrол б в процессе качаний не достиrает 1800.
Во втором случае происходит нарушение устойчивоЙ работы
[енераторов. Роторы вышедшиХ из синхронизма машин и их э. Д. с.
388
провертываются относительно друr друrа, а уrол l) превосходит
1800. Для таких качаний характерны нарастание скольжения (us
И уменьшение периода ТЮ.l Ч . Напряжение и ток достиrают при ЭТО:\1
своЙх предельных значений. Исследования, проведенные за послед
нее время, показывают, что при определенных условпях и в этом
случае reHepaTopbI l\IOrYT втянуться в синхронизм. Однако этот
процесс имеет достаточно длительный характер. Происходящее
при ЭТО]\'1 колебание напряжения отражается на работе I}отреби.
телеЙ. Поэтому в этих условиях необходимо прпнимать l\,!epbI, вруч.
ную и автоматически способств ующие быстрому восстановлению
синхронизма. Опыт показывает, чmo защиты с выдержкой времени
1,5 2 сек, как правило, не успевают срабатывать во время качаний.
При асинхронных качаниях их период уменьшается до очень малых
значениЙ, порядка 0,3 0,2 сек. В этих случаях неправильное
А
в
с
lJf1
/J{
rv
"'-'
t
...
1
+
Реле J:.
не patfoтaeт
Реле т
раоотает
б)
Рис. 13 3. Отказ в действии защИты при к. 3.. СОПРОВОЖД8Е:МОМ кача.
пиями.
действие защит с выдержкой времени возможно только при медлен
ном возврате пусковых реле или реле времени. Однако первые пе
риоды асинхронных качаний, а также последние периоды при зату.
хании качаний во время втяrивания в СИНХРОНИЗ 1 (ресмнхрониза.
ции) l\IOI'YT иметь продолжительность, достаточную для срабаты
вания защиты с большок выдержкоЙ времени. Это особенно вероятно
при медленном процессе нарушения статической устойчивости и
подтвер)кдается опытом эксплуатации (были случаи работы защиты
с t :::::: 3 7 4 сек).
Поведение направленной высокочастот.
н о й з а Щ и т ы. Неправильно работают при качаниях и opraHbI
наПРавления мощности в. ч. защит. Из диаrраммы на рис. 13 1, в и
видно, что при изменении уrла б от О до 3600 уrол сдвиrа между
токами в линии и напряжением в данной точке сt:ти (например, А1)
будет принимать ряд значений от О до 1800 и от 180 до 3600.
При б == 1800 напряжения по обеим сторонам точки С электри-
чеСКОI'О центра качаний находятся в противофазе (рис. 13 1, в и 2).
В результате этоrо мощность по концам линии MN, на которой
расположен электрический центр качаний будет иметь ПОЛО}КI!тель-
вый знак и, следозательно, направленная высокочастотная заЩИТJ t
389
основанная на сравнении мощностей по KOHuaI\.'[ ЛIlНИИ, будет дей-
ствовать так же, как и при к. з. В ее зоне, т. е. на отключении
линии.
О т к а 3 з а Щ и т ы при к а ч а н и я Х. ВО время качаниЙ
возможна не только неправильная работа защиты, но и ее отказ
в действии при к. 3. Типичная схема, при которой возможен подоб-
ный случай, изображена на рис. 13 3, а.
Если при к. з. на линии Л J нарушится синхронная работа
электростанций А и С и возникнут качания, то напряжение ив
на подстанции В, от которой питается поврежденная линия, будет
пульсировать с частотой, определяемой периодом качаний Ткач'
Вместе с напряжением и в будет колебаться и ток к. 3. В Л J J к ==
== и п/zпк (рис. 13 3, 6). Если период качаний Ткач окажется меньше
выдержки времени защиты 1, а минимальный ток 1 к.мiш < 1 воз
защиты, то последняя не сможет подействовать на отключение.
Чем ближе к электрическому центру качаний расположена подстан-
ция В, тем больше вероятность отказа защиты.
Для предотвращения nодоБНО20 отказа защиты на лtlнtlЯХ 1 еде
возможно резкое уменыиение тока к. з. при качаниЯХ 1 следуеп1 при..
меняпlЬ М2новенно деЙствующую защиту.
13..3. МЕРЫ по ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ЗАЩИТЫ
ПРИ КАЧАНИЯХ
.
Как следует И3 сказанноrо, при качаниях возникают условия
для неправильных хаотических действий защиты, которые прпводят
к тяжеЛЫ 1 авариям. Becb!'vIa важным требованием, предъявляеМЫr\'1
к защите, является недействие ее при качаниях. HeKOTOpы защиты,
например дифференциальные, не реаrируют на качания по своему
принципу действия. Большинство же защит воспринимает качания
как симметричное к. 3., И поэтому требуются специальные меры,
предотвращающие возможность их ложной работы. В качестве
таких мер используются три средства.
Первое из них, наиболее простое, состоит в том, что параметры
срабатывания пусковых реле защиты выбираются с та КИ:\I расче
том, чтобы они не действовали при качаниях. С этой целы{) у токо-
вых защит ток срабатывания выбирается больше максиыальноrо
тока качания 1 С.З > 1 кач, а У дистанuионных защит Zс.з должно быть
меньше I\IИНИ1\JaЛЬНОЙ величины сопротивления, возможной в дaH
ной точке сети при качаниях. Последнее условие можно выполнить,
если электрический аентр лежит за пределами З0НЫ действия за
щиты. Практически этот путь предотвращения ложной работы
защиты при качаниях применим только для токовых отсечек 11
иноrда для первых зон дистанционных защит. В к а ч е с т в е
в т о р о r о с п о с о б а служит отстройка от качаний при помощи
выдержки времени порядка 1 2 сек. Это мероприятие применимо
в тех случаях, Коrда указанное замедление защит допустимо по
условиям устойчивости и бесперебойноrо питания потребителей.
390
И, наконец, т р е т ь и м с п о с о б о м предотвращения ложной
работы защит при качаниях является применение блокировок,
выводящих защиту из действия при возникновении качаний.
Блокирующие устройства должны удовлетворять двум OCHOB
ны.м требованиям: 1) выводить защиту из действия при качаниях,
возникших как в нормальном режиме, так и при к. з., И 2) не должны
препятствовать работе защиты, если во время качаний на защищае--
1\10М ею участке возникает к. з.
В СССР разработаны два типа блокирующих устройств: одно
отличает к. з. от качаний по появлению несимметрии тока или Ha
пряжения сети, а второе по скорости изменения тока, напряже
ния или сопротивления в месте установки защитЫ.
.
13 4. УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ, РЕАrи..
РУЮЩЕЕ НА ТОК ИЛИ НАПРЯЖЕНИЕ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВА
ТЕ.,1]ЬНОСТИ
Устройство, изображенное на рис. 13 4, отличает качания от
к. з. по появлению тока или напряжения обратной последователь
ности в сети. Для этой цели используется реле Н 2, вк.rrюченное
через фильтр тока или напряжения обратной последовательности.
При к а ч а н и я х токи и напряжения симметричны и не co
держат составляющих обратной последовательности. Следовательно,
в этом случае реле обратной последовательности не будет действо
вать.
При Д в у х фаз н ы х и о Д н о фаз н ы х К. з. ТОКИ и
напряжения неСИМl\'1етричны и содержат значительную составляю-
щую обратной последовательности, под действием которых реле Н 2
приходит в действие.
При т р.-е х фаз н ы х к. з. токи И напряжения симметричны,
и ПОЭТОl\lУ и 2 и 12 ::=: О. Однако исследования и. практика эксплуата-
ции показывают, что Б начальный момент трехфазноrо к. з. из за
неодновременноrо замыкания трех фаз появляется ток и напряже-
ние обратной последовательности.
Трехфазные повреждения обычно начинаются с замыкания
одной или двух фаз и затем переходят Б трехфазное. Такое поло}ке-
ние имеет место даже при включении на трехфазную закоротку за
счет разновременности замыкания контактов выключателя. Кроме
Toro, исследования показывают, что и при одновременном замыка-
нии трех фаз кратковременно появляется ток в реле обратной по-
следовательности за счет переходных процессов в фильтрах, обус..
ловленных, во первых, внезапным изменением тока или напряжения
в первичноЙ цепи и, BO BTOpЫX, появлением апериодической соста-
вляющей в токе и напряжении при к. з. В результате ОТ lеченных
причин в начальный момент трехфазноrо к. з. на выходе фильтра
появляются напряжение и ток обратной последовательности; они
быстро затухают, однако продолжительность их появления доста-
точна для действия пусковоrо реле Н 2' Из сказанноrо следует, что
391
к. 3. В отличие от качаний всеrда сопровождаются длительным или
кратковременным появлением и 2 и 12"
П риНl{ип деЙСПlвия блокировки с реле обраПlНОЙ последоваmeль
"..
ности СОСПlOиrп в mOM J ЧПlO она разреИlаеПl раооmать защите при
появлении ПlOка или напряжения обратной последователы осmи и
не позво.//яеlп ей nроизводИПlЬ ОПlключение"
если неСИ1rtметрия и 2 и 12 omcyпlcтByeт.
Такая блокировка работает как пуско
вой opraH, пускающий защиту только при
к. з. И не деЙствующий при наrРУЗI<е и
качаниях. Для действия при трехфаз
ных к. 3. схема блокировки выполняется
с фиксацией KpaTKOBpeMeH
н о й н е с и м м е т р и и. Имеются два
варианта схем, различаIОЩИХСЯ по способу
их возврата в начальное состояние после
'к. З.: с б ы с т р ы м в о 3 В Р а т о i\I после
ПФ отключения к. 3. И С В О З в р а т о м ч е
р е 3 о п Р е д е л е н н о е в р е I я ПОС.r1е
прекращения к. 3.
Б.,'Iокирующее устройство с быстрым
возвратом (рис. 13 4) состоит из пусковоrо
реле Н 2, реаrирующеrо на напряжение (или
ток) обратной последовательности; проме
жуточноrо реле Пф, фИКСИРУЮII еrо сраба
тывание Н 2 и замыкающеrо при CBoe:\f дей
ствии цепь отключения блокируе 10Й за
щиты; реле времени В, осуществ,пяющеrо
возврат реле Пф, и реле понижения Ha
пря)кения НЗ, включенноrо на линейное
напряжение и предназначенноrо для дей
С1ВИЯ пр и трехфазных к. з.
Для обеспечения надежноrо действия
блокирующеrо устройства при сим летрич"
ных трехфазных к. 3. пусковое. реле Н 2 дол)кно быть особо быстро
действующим, чтобы реаrировать на появление кратковременной
несимметрии, а промежуточное реле ПФ должно срабатывать даже
и в ТО1\1 случае, коrда реле Н 2 действует кратковременно.
Чтобы достиrнуть быстродействия, пусковое реле Н 2 работает
на размыкание контактов. Необходимая быстрота действия
реле ПФ получается при помощи особой схемы ero пуска,
позволяющей фиксировать появление кратковременной неСИl\lмет..
рии. Для этой цели обмотка реле ПФ непрерывно питается током
через замкнутые контакты реле Н 2 и Пф. Таким обраЗ0М, при пор.. -.
мальном режиме сети реле ПФ находится в сработанном состоянии
и держит контакты в положениях, показанных на рис. 13 4. При
появлении несимметрии (длительной или кратковременной) реле Н 2
срабатывает и прерывает ток в оБJl."lотке реле П ф, Последнее отпадает
Защити
а)
+
/"/2 Orpl
Л ф 2
о
/"/2
6)
Рис. 13 4. Схема устроЙ
ства блокировки защиты
при качаниях с быстрым
возвратом. Контакты реле
показаны в состоянии ro
товности к деЙствию.
392
и размыкает контактом П фl цепь своеЙ обмотки, блаrодаря чему
реле ПФ остается в отпавшем состоянии независимо от положения
контактов пусковоrо реле Н 2. Отпав, реле ПФ замыкает цепь защиты
и пускает реле времени В, которое с выдер:жкой времени, достаточ-
ной для срабатывания защиты, замыкает свои контакты и подает
ток в обмотку реле Пф.
Реле ПФ срабатывает и вновь размьш:ает цепь заlЦИТЫ, запрещая
ей деЙствовать.
Если к моменту срабатывания реле ПФ к. 3. не прекратилось,
то peL11e времени В удерживается в сработанно;t.I состоянии контак-
тами реле Н 2 или Нз В заВИСИI\ЮСТl,i от вида к. з. Блаrодаря этому
промежуточное реле ПФ не мо,кет подействовать вновь и цепь отклю
чения заlЦИТЫ остается разомкнутой, чеI\f предотвращается возмож
пость ло)кной работы заlЦИТЫ при качаниях, возникаЮIЦИХ во
время к. з.
Полный возврат блокировки u 20пЮ8ность ее к nоеторно_ну дeй
ствию наступают после возврата реле Н 2 U Н 3, т. е. н е м е Д -
л е н н о п о с л е п р е к р а lЦ е н и я к. 3.
Реле Н 3 может работать и при качаниях. Чтобы исключить при
этом пуск реле вреl\Iени В, в цепи, замыкаемой контакта!\ПI реле Н 3,
включено сопротивление r. Ero ве-пичина выбрана такой, чтобы
оrраничить ток в реле вре!\I НИ до величины, достаточноЙ для удер-
жания ero в сработанном состоянии, но недостатОЧНОЙ для ero пуска.
РаССА'Юfпренная блокировка не исключает неnравильной работы
заu{uты в следуюu{uх случаях:
а) при качаниях, возникших Б первый момент к. 3., пока кон"
такты реле ПФ elILe не раЗО!\fКНУЛИ цепь отключения заlЦИТЫ;
б) при ПОЯВ"lении во вреМЯ качаний несимметрии, вызванной
включениеI\i или отключением выключателя или какой либо иной
причиной. В результате этой несимметрии блокировка замыкает
цепь заlЦИТЫ и последняя может сработать от качаний;
в) при несинхронном включении линии от АПВ, так как в этом
случае защита вводится в действие от появившейся в момент вклю-
чения несимметрии и может сработать от качаний, возникших
после включения;
r) при удаленных трехфазных к. 3., при которых реле напряже-
ния НЗ может не действовать, в то время как реле Н 2 оказывается
. чувствительным и срабатывает. В ЭТОl\I случае при отключении
к. 3. возможен повторный запуск блокировки от KpaTKoBpeMeHHoro
появления неСПМ!Уlетрии, что может повлечь за собой неправильное
действие заlЦИТЫ под влиянием возникших качаний.
Н а п р я ж е н и е с р а б а т ы в а н и я р е л е Н 2 выби-
рается И3 условия ero надежноrо действия при несимметричных
к. з. в пределах защищаемоrо участка. Н а п р я ж е н и е с р а
б а т ы в а II и я Р е .п е НЗ берется I\Iaксимально возможным по
условию возврата реле при минимальном уровне рабочеrо напря-.
жения U kЗfJП V
С.Р ::::::: k раб. МИН.
Воз
393
Блокирующее устройство с возвратом через определенное время t
(рис. 13 5, а и 6). Пусковое реле Н 2 реаrирует на появление несим
метрии. Как и в предыдущей схеме, оно выполняется с помощью
реле напряжения или тока обратной последовательности. Для фик
сации кратковременной несимметрии при трехфазных к. з. служит
промежуточное реле Пф, находящееся в нормальных условиях под
TOKOl\'1. При срабатывании пусковоro реле Н 2 В реле ПФ исчезает ток,
якорь реле ПФ отпадает и оно срабатывает, производя следующие
операuии: замыкает контакт Пф], разре
тая работать защите, размыкает KOH
такт П ф2' предотвращая возврат реле ПФ
при возврате Н 2; замыкает контакт П ф3'
пуская реле времени В. Реле В прихо
дит В действие, ero мrновенный I{OH
такт В 1 замыкается, обеспечивая caMO
удерживание реле В, второй MrHoBeH
ный контакт В 2 размыкается, прерывая
прохождение тока в оБМОТI{е реле П в'
Якорь реле П в с выдержкой времени
порядка O,2 O,3 сек отпадает, при этом
контакт реле П в замыкается, BOCCTaHaB
ливая ток в реле Пф. Якорь последнеrо
притяrивается и блокирует COOTBeTCT
вующие цепи защиты. Поскольку KOH
такт П В шунтирует контакт пусковоrо
реле Н 2, то блокировка не может подей
ствовать до возврата реле П в' Возврат
реАе П в происходит nОСАе nрекраЩЕНUЯ
работы реАе времени , осуществАяеМО20
с поА-ЮU ЬЮ контакта В 31 который за.мы
кается по истечении установленноu на
нем выдержки времени t з . Это время при
нимается больше времени действия pe
зервных защит сети для предотвраще
ния действия блокировки в момент от-
ключения к. з. от возникающей при этом несимметрии.
Недостатком схемы с возвратом через заданное время t B является
то, что она выводит из действия защиту на несколько секунд после
любоЙ несимметрии в сети (включение и ОТI{лючение выключателя,
действия разрядника и т. п.). Если в этот момент на защищаемой
линии возникает повреждение, то блокируемая защита не сможет
подеЙствовать. Появление отмеченноro недостатка может привести
к тяжелой аварии, поэтому следует отдавать предпочтение схеме
с не недлеННЫl\1. возвратом (рис. 13 4). Цепь, показанная пунктироы
на c e:\le рис. 13 5, предусмотр на для предотвращения MHoro
KpaTHoro запуска блокировки при появлении и 2 из за обрыва
вторичных цепей трансформатора напряжения, питающеro фильтр
напряжения обратной последовательности. На раССМ0тренном прин
82
6)
Рис. 13 5. Принципиальная
CX€:\la усrройства блокировки
защиты при качаниях с воз
БраТOl\1 через определенное
время. Контакты реле пока.
завы Б состоянии rOТOBHO
сти к действию.
391
ципе изrотовляются блокировки от качания
КРБ 126. Первая реаrирует на появление
р ая на 12 И 10.
Блокировка при качаниях типа КРБ.126 (рис. 13 6). Блокировка разрешает
р'аботать защите при к. Э. И выводит ее из деiiствия при качаниях и в нор '[альном
режиме. П с к о в о й о р r а н блокирующеrо устройства 1 РТ реаrируе-r на
типов
и 2 И
КРБ 123 и
1 о, авто.
1, 'р
..........
...........
...............
310
1ТТ
а)
lp <,;(11)
Ip.cP
10 КТ!Т/r=J ф
JP!76
1РП62
6)
Н, /Р/I
о-....,
/РТ 2
б)
Рис. 13 6. ПРЮiUипиальная cxe la блокировки при качаниях
тиПа КРБ 126. Контакты показаны при отсутствии тока в peJIe.
:ток обратной последовательности 12 и дополнительно, для повышения ЧУRСТВИ
тельности при к. 3. на землю, на ток 3/0' Ток 12 получается с помощью фильтра
обратной последовательности Ф2' на выход KOToporo включен понизительный
трансформатор ТЛ. Ток 3/0 получается от трансформатора тока 4ТТ, который
включен в рассечку нулевоrо провода трансформаторов тока.
Токи 12 и 3/0 выпрямл ются выпрямителя.ыи 2ВМ и 3ВМ, суммируются и
подаются в обмотку Р исполнительноrО реле пусковоrо opraHa 1 РТ. В качестве
ИСПолнительноrо реле служит поляризованное реле с двумя обмотками: рабочей Р
и тормозной Т. Тормозная обмотка Т питается выпрямленным током одной из фаз
1 Ф и действует на размыкание контактов реле 1 РТ. Рабочая обмотка Р (питаемая
t'fOKOM 12 и 3/0) действует на замыкание контактов.
Ток срабатывания реле 1 РТ (рис. lЗ 6, б) зависит от велиЧины тормозноrо тока
/т == /ф и выражается уравнением Iсор == 10 + kT/ T , rде k T коэффициент TOp
можения, зависящий от соотношения витков рабочей и тормозной обмоток; 10
irOK срабатывания реле при отсутствии торможения.
395
Тор южение предусмотрено для предотвращення ложной работы пусковоrо
opraHa блокировки во время качаний. Качания являются симметричным режи-
мом, и поэтому, как уже отмечалось, составляющие 12 и 10 в первичных токах ка-
чаний отсутствуют. Однако при больших токах качаний трансформаторы тока
работают со значительными поrрешностями, в резУЛLтате чеrо вторнчные токи
качаниЙ искажаются по величине и фазе и становятся несимметричными. В них
появляется состав,rrяюшая обраrной последовательности 12' В результате этоrо,
а также вследствие поrрешности caJ\Ioro фильтра в реле появляется ток небаланса
1 Нд' ПО,J. действием KOToporo оно может сработать. Торможение с ПОIiЮШЬЮ тока
фазы 1 ф заrрубляет реле и исключаеТ возможность ero действия от 1 н6 в симмет-
ричных rежи taх. Прн к. з. токи 12 И I() достаточно ве.тJИКИ, поэтому несмотря на
наЛIIЧШ: ТОРi\южения реле наДежно работает.
Чувствительность пусковоrо орrапа и коэффиииент торможения k y реrули
руются из tенением витков обi\ЮТОК трансформаторов lТТ. ТП и 4ТТ. Емкость
БС и дроссе.пь 2Д сrлаживают кривую выпрямленноrо тока. Емкость 4С и дроссель
lД ЯDЛЯЮТСЯ фильтром. отсасывающим токи высших rармошIК (rлавным образом
5 й), которые I\юrут Бызвать появление токов небаланса в реле, так как соотноше-
ние сопроrивлений плеч фильтра Ф2 подобраны для частоты 50 сЩ. Трансформа-
торы ЛТ и 4ТТ предназначены для уменьшения веJIИЧИН токов 12 и 10 до значений,
безопасных для выпрямителей.
С х е ы а о пер а т и в н ы х и е пей приведена на рис. 13 6, в, она вы-
полнена яналоrично схеме на рис. 13 1 и 13 5. В качестве реж , фиксируюшеrо
поЯвление несимметрии (реле ПФ в схемах на рис. 13 5 и 13 6), служат реле 1 РПб
и 2РП". Нормально, при отсутствии к. з., коrда 12 и 11)== О, контакты пусковоrо
реле 1 РТ замкнуты и, как видно из схемы па рис. 13 6, б, обмотки реле 1 РЛ б и
2РПб питаютсЯ током. При появлении к. з. возникает 12' а при к. з. на землю и
10. Пусковое реле lРТ срабатывает, размыкая контактом lРТ ! ток в об!\ютках
lРП б и 2Р.П б , В результате чеrо якоря обоих ре..'1е отпадают. При этом контакт
реле 1 РП i ') размыкает це"пь питания своей обмотки, фиксируя тем самым появление
тока 12 и 10. до тех пор пока не сработает реле 3РП в , восстанавливаюшее ток в об
мотках реле lРПб и 2РП(;. Друrие кою акты реле lРП;) (1РП б2 , lРП бз , lРП б4 )
замыкают блокируемые иепи зашиты (например, первую, вторую зону зашитЫ ИJIИ
всю зашиту в иелом), разрешая иы работать. Реле 1 РП G , отпадая, пускает р.елс
времени 1 РЕ. Последнее замыкает мrновенныЙ контакт 1 РВ}, обеспечивая caMO
удерживание реле, и размыкает второй мrиовенно действующий контакт 1 РВ:!.
который разрывает цепь тока ПРОi\lежуточноrо реле 3РП в * Реле 3РП в отпадает
с замедлением 0,2 O,3 сеК и шуптирует и:онтакты 1 РТ и 1 РПб. замыкая llепь
реле 1 РПб и 2РП б . В обоих реле появляется ток, они срабатьшают и выводят за
шиту из деiicтвия (контакты 1 РПб2 З 4 размыкаются). Поскольку контакты 1 РТ
зашунтпрованы контактами 3РП в , то защита остается заблокированной. Она не
сможет лодеi-icтвовать, ес.ТШ 1 РТ сработает снова. По истечении времени lз, YCTa
новленноrо на реле времени lРВ, ero контакт lРВ з замкнется, зашунтирует
обмотку lРВ и репе lРВ прекратит свою работу, при этом оно возвратится в Ha
чальное состояние и разомкнет контакты. После возврата lРВ. реле 3РП в срабо-
тает, разо"Ыкнет иепь. шунтирующую контакты 1 РЛ б и 1 РТ, после чеrо блокировка
снова будет [отова к деЙствию.
Дпя осуществления схемы блокировки с быстрым возвратом используются
контакты реле 1 РТ и реле Ii1ИнимаЛhноrо напряжения 1 Р Н. шунтируЮЩllе об
мотку реле врсмени 1 РВ6, при прекрашении К.3. Реле 1 РН включено на линей
ное напряжение и срабатывает при появлении трехфазноrо к. з. B leCTO контакта
реле 1 РТ дЛЯ шунтирования реле времени можно использовать пусковые реле
блокируе:vlOЙ зашиты.
Выбор уставок пусковых реле блокировки, выполненных по
рис. 13 4 и 13 5. Ре,пе напряжения И,ни тока Н 2 ДОЛ)i(НО быть OTCT
роено от максимальныХ небалансов, возникающих на выходе филь
тра, при СИl\Iметричных режимах и должно надежно работать при
двухфазных и однофазных к. з. в конце зоны б,покируемой ступени
защиты (например, если блокируется то,пько первая зона дист"ан-
396
ипонной защиты, то при к. з. В конпе этой зоны). По первоыу yc
ловию
U2с.р==kэапUнб.ф или 12с.р==kззпlнб.ф, (13 4)
rде U нб . ф напря)кение небаланса при l\IaКСШ\.fальном зuачеН 11
рабочеrо напряжения, а I нб . ф ток небаланса при максимальном
значении токов качания (1 кач достиrает максимума при {) == 180 C ).
ПО второму условию
U U 2МИН
2 С .р /lчnн или
1 == 12r.Шll
2С. р k n '
ч т
rде и 2МНН и 1 2мин минимальное напряжение и ток обратной после
довательности при к. з. В конпе зоны блокируемой защиты; k q
коэффиииент чувствительности, равный 1,5.
При недостаточной чувствительности реле обратной последова
тельности применяется комбинированный пуск от и 2 И 1 () или бло
кировка с токовым пуском 12' В этой схеме предусмотрено- TOpMO
жение от тока в фазе. Оно используется, если токи качания и соз
даваемые ими небалансы очень великИ. Торможение заrрубляет
реле и повышает t таКИМ образом, отстройку ero от 1 нб.ф.
Напряжение срабатывания реле Нз выбирается максимально
позможным по условию возврата при минимальном уровне рабочеrо
напряжения:
(lЗ 5 )
и kЗi.IП U
С. З :::::::: k раб. МИН.
воз
( 13 6)
Выбор установок. блокировки от качаний с ПУСКОВЬП\lJI реле,
реаrирующими на 12 и 10 и имеЮЩИl\.JИ торможение (блокировка типа
КРБ 126), приведен в [Л. 81].
13..5. УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ, РЕАrиРУю-
ЩЕЕ НА СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ СОПРО..
ТИВЛЕНИЯ
Скорости изменения электрических величин при к. з. И кача..
ниях различны. В первом случае ток, напряжение и сопротивление
изменяются почти м r н о в е н н о от своей нормальной величины
до значения при к. з. (рис. lЗ 7).
При качаниях те же величины меняются п о с т е п е н н о. Это
различие и положено в основу cxeiIbI блокировки, изображенной
на рис. 13 8. Устройство блокировки выполняется при ПОl\!ОЩИ
двух пусковых реле: П Рl И П Р2. Оба реле реаrируют на ток, напря..
жение или сопротивление, но имеют разные уставки срабатывания.
Реле ПР 1 чувствительнее реле ПР 2' Предположим, что в нашем
с.,1Jучае используются реле сопротивления. При появлении качаний
сопротив.пение на зажимах пусковых реле начнет плавно снижаться
(рис. 13 7, в). Первым срабатывает более чувствительное ре.пе П Р 1 ,
а затем через вреl\-:'IЯ t' более rрубое реле ПР 2. Блаrодаря этому
цепь катушки промежуточноrо реле П кратковременно замьп(ается
(на время t') и оно успевает подействовать. Сработав, реле П б.по
397
кирует защиту и самоудерживается до тех пор, пока более чувст
вительное пусковое реле ПР 1 не разомкнет свои I{онтакты.
При к. з. пусковые реле ПР1 и ПР2 срабатывают одновременно.
Поэтому реле П, осуществляющее блокировку защиты, не успевает
подействовать.
1
[к
t
а)
и
z
.....
"'>
t'-1 t
ZJ(J
.....
9..
1::::: 1::::
1;).
t
6)
о)
Рис. 13 7. Сравнение характера измснения электрических не..
личин при К. 3. И качаниях.
а токи; б напряжения; в СОПРОТlIвлення.
Че!\I l\iеньше период качаний, Tel'.1 меньше интервал времени t'
между срабатываниями реле ПР1 и ПР2 (рис. 13 7, в). Если время t'
окажется 1',Iеньше времени действия реле П, то последнее не сраба
тывает и защита не будет заблокирована.
Для повышения надежности действия блокировки необходимо
повышать быстроту действия промежуточноrо реле П и увели
чивать разницу в уставках пусковых реле.
Исходя из этоrо условия соотношение
между уставками реле ПР 1 И ПР 2 должно
быть не меньше 1 ,6 2. В большинстве слу
чаев используются устройства, реаrиру
щи е на скорость изменения z.
Устав ка срабатывания pe
л е ПР1 (ZC.tH) выбирается такой, чтобы
реле не действовало в нормальном pe
жиме с учетом коэффициента возврата
k з8п
реле, т. е. Zc.P1 == k Zраб. МИН'
воз
В качестве реле П Р1 может использо
ваться пусковое реле блокируемой защиты.
Сопротивление срабатывания реле ПР 2
выбирается равным ZC.P2 == zC.P1/1,6 ...;.- 2.
ПРИl\-lепение paccMoTpeHHoro ПРИНllипа затруднено на длинных
и сильно паrруженных линиях из за Toro, что по условию отстройки
от наrрузки Zc.p1 относительно мало, а Zc.P2 для недействия блоки-
ровки при к. з. должно иметь достаточно большое значение.
В СССР блокировка, реаrирующая на скорость изменения элект-
рических пеличин, применяется редко. В качестве типовой исполь
зуется схема, реаrирующая на появление нес иl\1 мет р и и , поскольку
она оказывается приrодноЙ как на коротких, так и на длинных
линиях.
i l1епь зuщuты
+
Рис. 13 8. Принцип дей
ствия УСТРОЙСТЕа блоки.
рОБКИ защиты при кача
ниях, рсаrирующеrо на
скорость изменения тока,
ваПрЯЖСНIIЯ или сопро
тивлсния.
398
.
r лава четырнадцатая
ЗАЩИТА ЛИНИЙ CBEPXBbICOKoro НАПРЯЖЕНИЯ И ЗАЩИТА
ЛИНИЙ С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ
14 1. ЗАЩИТА ЛИНИЙ CBEPXBbIcoKoro НАПРЯЖЕНИЯ
а) Особенности линий электропередачи cBepXBblCOKoro напря-
жения
Сети напряжением 500 кв и выше, сооружаемые для передачи
больших мощностей на далекие расстояния, условно называются
сетями cBepxBbIcoKoro напряжения. В СССР построены электропе
редачи 500 кв длиной 900 1 200 КА! С пропускной способностью
Рис. 14 1. Схема двухuепной электропередачи CBepxBbIcoKoro напря.
жениЯ.
порядка 1 500 Мвт [л. 59]. Для передачи больших наrрузок на
еще большие расстояния проектируются и сооружаются линии и
подстанции 750 КВ.
'"
C
Е и
)(e
Хс8ЯЭlL .J
а) о)
Рис. 14 2. Продольная емкостная ко шенсация электропередачи
cBepxBbIcoKoro напряжения.
а схема Вl<лючення конденсаторов; 6 схема замещения.
Подобные передачи Иl\Iеют ряд спеuифических особенностеЙ:
1. В связи с большим значением токов наrрузки (1 000 2 000 а)
сечение проводов получается очень большим, ПОЭТО1\IУ по KOHCTP YK
, тивным соображениям, а также с целью уменьшения индуктивноrо
сопротивления передачи ее фазы выполняются расщепленными
обычно на три параллельно идущих провода.
399
2. На дальних передачах устанавливаются реакторы Р (рис. 14 1)
для компенсации большоrо eMKocTHoro тока линий.
з. Для повышения пропускной способности передачи иноrда
применяется продольная емкостная компенсация (рис. 14 2). KOH
денсаторы С, включенные последовательно в фазы линии, YMeHЬ
шают (КОI\-lпенсируют) индуктивное сопротивление цепи.
б) Особенности релейной заlЦИТЫ
Рассыотренные особенности линий электропередачи 500 кв OKa
зывают существенное влияние на требования, предъявляемые к pe
лейной защите, и условия ее работы-:
1. Линии электропередачи 500 кв работают с малым запасом по
статической и динамической устойчивости, так как по ЭКОНОl\Пlче
СКИl\J соображеНИЮ\1 они проектируются с максимально возможной
Harp узкоЙ.
т +/н Е н !: п
х л х,'1 }(
...
"v
tIc Icт + Есn
Icm С /сп
II
m
и п
==-4 -I>/Сп
+II(
"
lcm
Рис. 14 3. Схема замещения электропередачи с учетом емко-
стной ПрОБОДИl\toСТИ н векторные Дl-шrраммы токов при внеш
нем К. 3.
Поэтому, как правило, к. з. в любой точке такой линии необ
ходиr.rо отключать со временем не более чем О, 1 0, 12 сек. С учетом,
что современные выключатели деЙСТВУIОТ с временем порядка
0,08 сек, собственное время релейной защиты не должно превышать
0,02 0,0{1 сек. Таким образом, на передачах сверхвысокоса напря-
жения к релейной защите пред'Оявляются особенно высокие требо
вания в части быстроты действия.
2. Блаrодаря большой длине линий и высокоЙ заrрузке токи 1 р
и сопротивления Zp в нормальных режимах и при к. з. во мноrих
случаях оказываются соизмеримыми, что усложняет выполнение
защиты 11 требует применения устройств с повышенной чувстви
тельностью.
з. Вследствие большоrо значения емкостной проводимости шС
ЛIIНИИ электропередачи 500 кв и BbIcoKoro уровня рабочеrо напря-
400
жения и JJ емкостные токи 1 с == U лwС на линиях 500 кв значите-пьно
превосходят аналоrичные токи в сетях 11 О и 220 кв.
Ток / с одноrо километра линии при номинальном напряжении
составляет: в сети 500 кв 1 1,2 а, в сети 220 кв 0,34 а, а в сети
11 О кв 0,2 а.
В резу,пьтате этоrо е.мкостные токи на передачах 500 КВ оказывают
в некоторых случаях заметное влияние На работу релейной защиты.
При анализе и расче
тах распределенную eы
кость фазы линии обычно
заменяют сосредоточенной
емкостью С по T или
П образной схеме. Как сле
дует из рис. 14 3, ток на
одном конце линии равен
rеометрическои сумме, а на
друrом rеометрической
разности тока lс и сквоз
Horo тока / к, так i т ==
== iK+i cпlt а i n ==icn iK'
Таким обр, аЗОl\''1 ток 1 с ис
кажает величину и фазу
тока, проходящеrо по ли
нии. Чем больше lс и
меньше 1 к, тем сильнее
искажающее влияние eMKO
стных ТОКОВ.
У казанное искажение
фаз токов в ЛИНIПI оказы
вает влияние на работу
дифференuиально фазной и
направленной ВЫСОI{оча
стотных защит.
ХарактерныЙ случаЙ
недопустимоrо влияния TO
ка / с на поведение дифференциально фазноЙ защиты типа Д ФЗ
показан на рис. 14 4.
Защита Д ФЗ 2 сравнивает фазы ТОКОВ i 1 + ki 2, при этом COCTaB
ляющая k/ 2 преобладает.
На рис. 14 4 представлено распределение ТОКОВ 12 по параллель
НЫЫ линиям при несимметричном Н:. з. в точке К. Если при этом
напряжение и 2 на шинах т и п окажется одинаковым, то в непо
врежденноЙ линии Л 1 будет проходить только емкостныЙ ток (сквоз
ной ток /2 == О). На обоих !{онцах линии еr..IКОСТНЫЙ ток равен 1 2с /2 и
имеет одинаковую фазу.. Это значит, что фазы токов на концах He
поврежденноЙ линни будут такими же, как и при к. з. на неЙ. Блаrо
даря этому дифференциально фазная зашита на неповрежденной ли
нин /7] будет деЙствовать под влиянием el\1I{OCTHOro тока неправильно.
п;
Л ,
...............
п
Л2
f{
а)
-Чс
2
л, + t 1zc
..............
lzt
2 п
m
U;m
Uzn
I
...
и2т и2п
б)
Рис. 14 4. Распределение ТОКОВ' по парад
ЛСЛЫIЫМ линиям при неСЮ.Iметричном KOpOT
ком замыкании В точке К с учеТО:-'1 емкостноЙ
ПРОВОДИi\fОСТИ линиЙ.
а СХБШ электропередачи; б схема за
метения для обратной последовательности.
"101
и ска:Jlсающее влияние емкостной проводимости на токи К. з.
устраняется примененueм устроиства J компенсирующеёО ток 1 с
во вторичном токе трансформаторов mOKa J питающих защиту.
При наличии КО!\lпенсации ток, питающий защиту, будет равен току
к. 3. Такая КОl\lпенсация получила применение в дифференuиально
фазных защитах линий 500 кв.
4. На линиях 500 кв при появлении и откл.ючении К. 3., а также
при оперативных переключениях ВО3НИI<ают электромаrнитные пер
ходные проuессы, обусловленные .наличием индуктивноrо сопро
тивления шунтирующих
реакторов, емкости про
дольной компенсаlllIИ и
распределенных постоян
ных L и С длинных линий.
Переходные проuессы co
провождаются появлением
токов высших и низших
частот. Фильтры СИМ!\lет
ричных составляющих и
некоторые друrие элеl\Iенты
в схемах защит настроены
на работу при токах 50 ёЦ.
Появление составляю
L щИХ друrой частоты Hapy
тает правильное действие
этих устроЙств и может
вызвать ложную работу
защиты. Нежелательное
влияние токов с частотой,
отличной от 50 сц., YCTpa
няется применеНПС:\1 час
тотных фильтров, пропу
скающих в защиту только
токи основной частоты.
5. Е!\IКОСТЬ С устройства продольной I<омпенсаuии (УПК) Y.llleHb
шает реактивное сопротивление линий электропередачи и оказываetп
6следствие этОёО влияние на величину и ФаЗУ'fтоков и сопротивлении}
на которые реасИРУlОm mOKoBble J дистанционные и направленные
защиты.
Особенности условии работы некоторых защит на линиях с УП к
рассмотрены ниже.
Т о к о в ы е о т с е ч к и. Ток к. 3., на который реаrирует OT
сечка,
J)щ
Х Л
Х J?}{f
Х /!I(t
а)
1
I
11(2
1:; ==1<1{1J( I
в
.JO/ibJ
свt1ст[i!IЯ
б) .
Рис. 14 5. Влияние устроЙства продольной
С\1КостноЙ компенсаuии (УПК) на работу
токовоЙ отс ечки.
а участои: сети с УП К; .fj характер измене
пия тока к. 3. И зона деitствия отсечки при Ha
личии и отсутствии УП к (кривые 1 и 2).
.
Е
JK== '
Х АК
rДе ХАК реактивное сопротивление сети от источника питания до
точки к. 3. К (рис. 14 5, а).
402
Пр и К. 3. дО УПК сопротивление Х АКl ХС + ХЛ К, оно растет
при удалении точки к. з. К, В связи с чем ток 1 к (рис. 14-5, б) умень-
шается.
В случае к. з. за УПК ХАК'А === Хс + хлк ХУЛК. Таким обра-
зом, при перемещении места к. з. ИЗ К 1 В К2 ТОК К. з. увеличивается
скаЧКО!\'1 от 11\1 до 1 К2' так как Из-за компенсирующеrо действия ем-
кости С УПК ХАК2 < ХАК1.
ПО J\lepe дальнейшеrо перемещения точки К 2 ТОК 1 к снова умень-
шается за счет роста Хл к.
Характер изменения тока в зависимости от расстояния до места
к. з. на линии с УПК изображен на рис. 14 5, б кривой 1. Для
сравнения пунктиром показана та же зависимость пр и отсутствии
УПК (I{ривая 2).
Ток срабатывания мrновенной отсечки выбирается так, чтобы
она не деЙствовала за пределами защищаемой линии.
:Из приведенных КРИВЫХ 1 и 2 видно, что при наличии УПК
l .з > I .з, а зона ДейСТВИЯ отсечки соответственно меньше, чем
при отсутствии УПК (ОА < ОВ).
Т аким образом, продольная компенсация cYUIf!cmeeHHO снижает
эффективность токовой отсеч,,:и и о раflичиваеm возможность ее
nРИЛ1еNеflUЯ.
Аналоrично влияет УПК и на токовые отсечки нулевой после-
довательности, но в меньшей степени, поскольку Хо линии в 2 3 раза
больше Х 1 , а Хо и Х] УПК одинаковы, поэтому емкостное сопротивле-
u
ние ХУЛК в меньшем степени снижает суммарное индуктивное сопро-
тивление Хо сети и л-инии от места установки защиты до точки К. з.
Дистанционная защита. На рис. 14-6 показан характер изменения
сопротивления Zp === Z АК при удалении точки к. з. К ar места уста-
новки дистанционной защиты Р 1 . При к. з. до УПК (участок ли
нии АС на рис. 14 6, а и б) Zp == ZAK1 === rylAK1 + jXy lAKl' rДе 'у
и Ху удельные сопротивления 1 км линии, а lAKl расстояние до
точки К 1 . На этом участке сопротивление Zp растет пропорционально
расстоянию до места к. з. При переходе точки к. з. за _УПК (из Кl
в К 2 ) величина Zp == rylAK2 + j (XylAK2 Хупк) резко уменьшается,
поскольку ХУЛК компенсирует определенную часть индуктивности
линии. При дальнейшем удалении точки К (за точку К 2 ) Zp снова
нарастает, но закон пропорциональности между Zp и llC' положенный
в основу принципа действия дистанциОННЫХ защит, оказывается
нарушенным (см. рис. 14 6, 6 и в).
Таким образом, далекое К. .З., происшедшее на смежной линии
BD, воспринимается защитой Р 1 как близкое К. З., расположенное
на ЗQИ(Ulцаемой линии АВ, в результате защита может срабатывать
неправильно с выдержкой времени первой ЗОНЫ. Помимо искажения
u tl
величины Zp, ХУЛК может исказить знак реактивнои составляющеи
Zp, что приводит к нарушению направленности действия защиты.
Такие условия возникают то rда , коrда емкостное сопротивление
УПК преобладает над индуктивным сопротивлением линии, от места
установки защиты до места включения продольной компенсации.
403
Например, для защиты P 1 при хупк > ХАС == xylAc == х л СОПРОТJIв.пе-
lпrе ZK2 в случае повреждения в точке К 2 и за ней имеет емкостный
характер, т. е. ero индуктивная составляющая имеет отрицатеЛI)1""'
ный знак, поэтому вектор Zp ==:; ZK2 расположен в IV квадранте,
ej p 1I: P f'J I .
K/ 1 tr z I
C.J А ... zp," Zx . В С f 0 1
aj ' Zfl'=ZАв'=Тflrjх л ! С I
4 I
О
I
I 11(
.:::ro
."
АI
6)
I
v........
,-r
+х
х !l17"
J(/(2
.,..?
\,
Zp 2"2
ХУПJ( <Х Л x
8)
I x
}{УЛН ">)(л
z)
Р2
r
+?
Zp2 ZH{
kx и)
Рис. 14 6. Влияние емкости УПК на работу дистан-
ционноЙ защиты.
(см. рис. 14 6, 2). Это означает, что реле P 1 не будет деЙствовать,
оно ВОСПРИНИl\лает это к. 3. как повреждение до шин А.
Интересно отметить, что и реле p , находящееся у места К. 3.
(при повреждении в К 2 ), отказывает в деЙствии по той же причине,
так как ХУПК > Хне.. В то ж:е время реле Р2 придет в деЙствие,
хотя по своему принципу оно не должно работать. При индуктив"
404 .
ном сопротивлении участка ВК 2 на Zp2 реле Р2 имеет отрицатель
ный знак и располаrается в 111 квадранте (рис. 14 6, д), если же
реактивное сопротивление ВК 2 станет емкостным, то вектор Zp2
попадает во 11 квадрант, в часть, охваченную характеристикой
реле, и оно неправильно срабатывает. При К. з. В К 1 СОПРОТИВJIение
на зажимах Р 2: Z}12 ;::= ZBKl === вс.
Из Bcero сказанноrо следует, что налиtlие УП К eeCb.ftta сущест
венно влилепI на поведение диспIGНЦИОННblХ защит" искажая величину
u знак Zp u приводИfп к неправИЛЬНblJr! дейспIвИЛМ эпIИХ ЗGl-ЦИПl. При
менение дистанционных защит в сети с УПК возможно при условии
оrраничения их зон действия и пrи относительно неБОЛЬШО\1 зна
чении Х rПI<. Например, если Х !ПК < ХАЛ, то первая зона защиты Р 1
должна быть отстроена от ZK2, как представлено на рис. 14 6, в
(окружность 1), вторая зона (окружность 11) дол)кна охватывать
остальную часть ЛИНИИ, не вошеДШУIО в первую зону. 3аULИТУ Р2
можно ПРИflленять только с выдер)ккоЙ времени, ПОСКОJJЬКУ она теряет
направленность при к. з. за УПК. ЗаULита Рз, как правило, не
эффективна с учетом ее отказа в работе при к. з. за УПК.
Н а п р а в л е н н а я з а Щ и т а (т о к о в а я). Наличие про
дольной КОI\1пенсации может Вl?Iзывать отказ и неправильное действие
реле направления МОULНОСТИ в направленных защитах. НаПРИl\'lер,
r еле мощности, расположенное в Р2 (рис. 14 6, й), может непра
вильно работать при к. з. В точке К 2 за УПК (СМ. характеристику
ре.пе 1 на рис. 14 6, д).
в) Выполнение защит на электропередачах 500 К8
Отмеченные выше особенности дальних передач и условий pa
боты защиты потребовали разработки специальных устройств,
позвол яющих обеспечить повышенное быстродеЙствие, BbICOKYIO чув.
ствительность и правильную работу opraHOB защиты в нормальнык
и авариЙных режимах электрических сетей 500 К8, С учетом влияний
емкостноЙ ПрОВОДИI\lОСТИ, продольноЙ и поперечноЙ КОI\lпенсаuий.
Принципы защиты дальни:х передач. Основная защита на даль
них электропередачах должна обес'печивать отключение К. з. без
выдержки вреI\'IеПII 13 преД 1ах всеЙ заULищаемой линии. Из извест
ных в настоящее время защит этому требованию удовлетворяют
дифференциально фазные и направленные высокочастотные защиты,
а так)ке дистанuионные с высокочастотноЙ блокировкоЙ. В COBeT
ском Союзе в качестве основной защиты на этих линиях приме
няется дифференциально фазная защита Д ФЗ 50 1, разработанная
с учетом особенностеЙ дальних передач. В качестве резервных
заULИТ используются ступенчатые направленные защиты нулевоЙ
последовательности и дистанционные защиты.
Дифференциально фазная защита типа
ДФЗ 501. Защита выполнена на тех же принципах. что и ДФЗ 2.
Она основана на сравнении фаз токов i 1 + ki 2 и состоит из трех
opraHoB: пусковоrо, манипуляции и сравнения фаз. Исполнение ее
405
opraHoB имеет некоторые особенности, обеспечивающие праВIIЛЬНУЮ
работу защиты в специфических условиях дальних передач CBepX
BbIcoKoro напряжения.
Особенности ПУСКО80rо opraHa. 1. Про:аеденные сравнения пока..
зали, что на дальних передачах более чувствительным является пуск
по U 2' Поэтому В дифференциально фазной защите для длинных
ЛИНИЙ типа ДФЗ 501 ПУСКОВОЙ opraH защиты выполнен с помощью
реле напряжения обратной последовательности.
Как было показано ( 12 6, б), обязательным условием правиль
ной работы защиты при внешних к. з. является работа в. ч. постов
на обоих концах линии.
При включении пусковых реле на напряжение обратной после
довательности в месте установки защиты (и 2т И и 2п ) ЭТО условие
выполняется не во всех случаях,
так как напряжение U 2 YMeHЬ
шается при удалении от точки
к. з. (рис. [4 7). Вследствие этоrо
имеется возможность срабатыва 4
ния пусковых реле защиты только
на одном конце линии, ближнем
к месту к. з. (рис. 14 7), что при
водит к ложному действию.
Для устранения этоrо Heдo
статка и обеспечения правильной
работы защиты к пусковым реле
на обоих концах линии должны
подводиться рав вые напр яжения
и 2' Это достиrается включением
пусковых реле на КОI\iпенсированное напряжение обратноЙ посл
довательности:
т Izm
N
и 2 К
ZЛ i
2' э-!...:
zл
2
и
J п2R
lIcP.OтK
т l&':l
.. . 7. л . . ZЛ
UN т+Z2т2 ?- п Zzп 2"
Рис. 14 7. ИЗJI.Iенение напряжений
обратной последовательности вдоль
JlИНИИ при внешнеJ\I К. 3.
(;2Р == (;2 i 2Z2K'
(l4 I )
rде (;2 и 12 напряжение и ток обратной последовательности
в месте установки защиты; Z2K сопротивление компенсации.
Сопротивление Z2K выбирается так, чтобы напряжение и 2р при
внешнем к. з. соответствовало напряжению в середине защищаемоЙ
линии (точка N на рис. 14 7). Исходя из этоrо, Z2K припимается paB
ным половине полноrо сопротивления линии Zл (Z2K ==:; zл/2). При
Tal{0 1 включении ПУСI{овые реле на обоих концах линии получают
одно и то же напряжение U 2. Это обеспечивает одинаковые условия
их работы и пуск высокочастотных постов на обеих сторонах линии
при внешних к. з.
К О М П е н с а Ц и я н а п р я ж е н и я U 2 осуществл яется
с помощью трансреактора ТК, включенноrо в рассечку каждой фазыI
вторичной цепи трансформатора напряжения, питающеrо фильтр Ф2
(рис. 14 8). Вторичная э. д. с. трансреактора ТК Е к == I ф Z 2к ,
rде Z2K сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией между
обмотками Т К, соответствующее сопротивлению компенсации.
406
.
Результирующее напряжение каждой фазы, подводимое к филь
тру обратной последовательности Ф2' равно:
(; рез.ф == (; Ф Z 2K i ф'
На выходе фильтра Ф2 получается составляющая обратной по
следовательности этоrо наПр'яжения, т. е. компенсированное Ha
пряжение (j 2') === (j 2ф Z2K i 2ф' как это требуется по выраж
нию (14 1). <'
2. В соответствии с
предъявляемыми требова
НИЯl\ПI ЗaIцита ДФЗ 501
отличается повышенной бы
стротоЙ де11ствия. В связи
с ЭТIIl\'I возникла необхо
димость ускорения пуска
передатчиков, rенерирую
щих токи в. ч.
Для этой цели ПOl\1:ИМО
обычноrо пуска от KOHTaK
тов пусковоrо реле ПР 1
(рис. 14 8) предусмотрен
бесконтактный
п у с 1<, осуществляемый
с ПО!\IOщью ВЫПРЯl\Iленноrо
напря}кения U р' питаю
щеrо пусковые реле за
ЩИТЫ ПР l и ПР 2 , которые
подводятся 1< лампе Л 1 ,
упраВЛЯI-ощей работоЙ пе
редатчика.
В нормальных условиях
Ир == О, люша Л 1 открыта, к
передатчику подается минус и
он не работает.
При появлении напряжения Ир потенuиал сетки лампы Л 1 по отношению
к ее катоду становится о т р и ц а т е л ь н ы I\I И лампа закрывается. В резуль
aTe этоrо к передатчику через сопротивление подводится плюс и передатчик
начинает работать. Контактный пуск производится при срабатывании реле П Рl'
Оно размыкает контакты и снимает минус с катода, при ЭТО:'>l на катод Л 1 по
дается положительное смещение с потенциометра R 4 , ла!\ша Л 1 закрывается и
передатчик приходит в деЙствие.
1( лереiJат..
"l1Н!/ 8. '1.
....
f От ТН
Tt<
I д
j I;;
ОтТТ z;:
Рис. 14 8. ПусковоЙ opraH Д ФЗ 500, реаrи
Р.УЮЩИI на .компенсироранное напряжение
и 2р == и 2 1 2 Z 2K С контактным и бесконтакт
ным пуском в. ч. передатчика.
Бесконтактный пуск передатчика часто называется б е з ы н е р
Ц и о н н ы м; как видно из схемы, он действует быстрее, чем KOH
тактный пуск.
3. При обрыве одной или двух фаз цепей напряжения, питаю
щеrо фильтр Ф2' вторичное напряжение становится несимметрич
ным, в нем появляется и 2 , моrущее вызвать работу реле ПР 1 И ПР 2"
При этом происходит о Д н о с т о р о н н и й пуск защиты,
.вызывающий ее ложное деЙствие. Для предупреждения этоrо в схеме
4.07
защиты предусматривается блокировка, выводящая защиту из
действия при обрыве uепей напряжения. .
Особенности opraHa манипуляции. OpraH манипуляuии ДФ3 501
состоит из комбинированноrо фильтра фм, выполненноrо так же,
I{aK и в Д Ф3 2, и дополнительноrо устройства КОIv1пенсаuии У К
(рис. 14.9), устраняющеrо влияние емкостных токов прямоЙ и об
ратной последовательностей защищаемой линии на величину и
фазу напряжения им =
8.v. >::д rи 110M = (11 + ki 2)' по.пучаемоrо
от фильтра фм.
Коr..-1пенсирующее YCT
роиство представляет собой
фильтры напряжения пря
мой и обратноЙ последова
тельностей и 1 и и 2 , питаю
щие трансформаторы ТКl
и Т К2 соответственно. На
выходе трансформаторов
получаются напряжения
и Кl и и К2, пропорциональ
ные прямой If обратной
последовательности eMKO
стных токов ЛИНИИ (1 Сl и
1 С2): и Кl = 1 Сl, и К2 1 С2.
Как видно из рис. 14 9,
эти напряжения включа.
ются в выходную uепь
трансформатора манипуля
. uии ТЛ1, питаемоrо фильт.
ром фм, И уничтожают
(компенсир уют) емкостные
состаВЛЯlощие напряжения
и м, обуслов.пенные eMKO
СТНЬПI,ПI токами I Сl и 1 С2'
На рис. 14 10 приве
дсны векторные диаrраммы
токов обратной последова
тельности на обоих кониах линии, поясняющие компенсаuию eM
костных токов обратной последовательности 1 С2" Векторные диа
rраМ!lЛЫ построены без учета активных составляющих сопротив
лений сеТII.
Диаrраммы показывают, что в результате КО IпенсаulПI сравни
ваемые вторичные токи на обоих кониах линии при внешних к. з.
получаются равными по величине и сдвинутыми: по фазе на 180°.
С помощью аналоrичных диаrрамм можно пояснить компенсаuию
емкостных токов прямоЙ последовательности.
Для устранения влияния токов с частотой, отличной от 50 ец,
возникающих при неустановившихся реz}{имах в сетях 500 кв, преду..
ОтТН
о
12
У!( U/(/=U f -Yн,=/(lcl
A
I Т/(1 I
I ДР!
С з
и 1
{,
I
i
I
I
L
UIf2==U;' 2==/{lc2
TM
и 2
и м
Jl
От Т,
в
с
о
Рис. 14 9. OpraH манипуляшш ДФЗ 500.
408
о
смотрен специальный частотный фильтр. Фильтр состоит из дpoc
селя ДР 1 и емкостей С 3 и С 2 (рис. 14-9), включенных на выходе
только токи с час
opraHa манипуляции. Фильтр пропускает
тотой 50 2Ц.
Защита ДФЗ 501 полу-
чила широкое распростра
нение в СССР в качестве
основной на линиях 500 кв
[л. 59, 60].
За последнее время ши-
рокое распространение по-
лучают линии с ответвле-
ниями, к I{OTOPbIM под-
ключаются подстанции,
имеющие или не Иl'леющие
источников питания, как
показано на рис. 14 11.
ПОДКЛI?чение таких под == 2U N
станции к маrистральным
линиям может выполняться
с выключателями на CTO
роне высшеrо напря)кения (рис. 14-11, а) или по упрощенным
схемам без выключателей (рис. 14 11, 6).
в последнем случае возможны следующие варианты ВЫПО.lнения
защиты и отключения трансформаторов, подключенных на ответ-
вдениях, в случае их повре.ждения:
1. Защита трансформаторов осуществляется защитаr,IИ маrист-
ральной линии па выключателях А и В. В этом случае трансформа-
тор Т подключается к линии наrлухо (рис. 14 11, 6).
2. Защита трансформатора на ответвлении выполняется с по-
мощью плавких предохранителей Л (рис. 14 11, в).
3. rla трансформаторе ответвления устанавливается релейная
защита С от внутренних повреждений, которая действует на вклю-
чение спепиальноrо автоматическоrо разъединителя К, называе
Moro короткозаl\1ыкателем (рис. 14 11, 2). При повреждении в тран-
сформаторе короткозаl\lыкатель К включается 11 устраивает к. з.
(однофазное или двухфазное), на которое реаrирует защита маrи-
стральной линии, отключающая выключатели А и В. После отклю
чения линии работает автоматический отделитель О, отключающиЙ
повре:жденный трансформатор, и затем маrистра.пьная линия Лl
включается в работу с помощью АЛВ.
14-2. ЗАЩИТА ЛИНИЙ С ОТ-
ВЕТВЛЕНИЯМИ
а) ЛИНИИ с OTBeTB..Т)e
ниями
/m.
/Л'
3--
С
N {JM
J П j(
'7
ZЛ
Izт. т
ZЛ
/v 2
::.ь [-I C2
I f
т
Nt
U2n
'2т т >2н
. л 4пYzк
l/zп}z,.."
"
12т
{JZт J2/r
Рис. 14 lO. Влияние см:костных токов об
ратной последоватеJIЫЮСТИ и НХ компенса-
ШIЯ .(условия КОМ. I( нсац и /2С: {2т ==
и2т У2'{ :=: ----: (/2n и 2n 2K):::::= I.N С
учетом, что 12т == I,!л + 1 2С И и 2т + и 272 ==
1 2с 1
У 21( == 2и ? '
N XC
проводимость компенсации).
rде У 2К
409
Таким образом, в рассмотренном варианте на трансформаторе
устанавливаются отделитель и короткозамыкатель.
4. Как и в предыдущем случае, на трансформаторе устанавли
вается защита с. При повреждении в трансформаторе она срабаты
вает и посылает по специальным каналам (проводным или BЫCOKO
частотны л по линиям электропередачи) импульс на отключение
выключателеЙ А и В линии (рис. 14 11, д).
t
а;
D GЛ;iD
Лl
ш
1
т
о
о
о
б;
А
б}
Z) о} АБР е)
,Рис. 14 11. CXel\IbI линий с отвеТВЛениЯ 1И.
Этот способ требует дороrостоящих каналов связи. Но он по
зволяет быстрее ОТКЛlочать поврежденный трансформатор и упро
щает силовую часть трансформатора.
Наибольшее распространение на практике получили первые три
варианта.
Подключение ответвлениями применяется как на одинарных,
так и на параллельных линиях. В последнем случае трансформаторы,
подключенные к разным линиям, работают раздельно на стороне
низшеrо напряжения (рис. 14 11, е). При отключении одноЙ из
ЛИНИЙ или трансформатора с помощью АВР включается секцион
ныЙ выключатель Всскц и питание потребителеЙ секции, потерявшей
напря)кение, восстанавливается от BToporo трансформатора.
Выполнение релеЙной защиты линий с маломощными транс.
форматорами на ответвлениях обычно не вызывает затруднения.
410
ОСУlцествление же заIЦИТЫ линий с ответв.пенияыи, И1\IеющимИ
мощные трансформаторы, и особенно при наличии со стороны OT
ветвления источников питания наталкивается на некоторые TPYД
насти в части обеспечения селективности, быстроты действия и
чувствительности. Однако подключение подстанций с ПОl\lОЩЬЮ
ответвлений дает значительное удешевление их сооружения, позво
ляет экономить оборудование и аппаратуру, ускоряет строитель
ство подстанций и удешевляет их эксплуатацию.. ПОЭТОl\lУ разра
ботку вопросов защиты линий с ответвлениями следует считать
u u U
важнои и нужно и задачеи.
Рассмотрим применение ОСНОВНЫХ видов защит на линиях с OT
ветвлением.
б) Токовые и дистанционные защиты со ступенчатой xapaK
...
теристикои
Токовые ступенчатые защиты, реаrирующие на ток фазы. На
линиях с ответвлениями такие защиты устанавливаются на питаю
щих концах линии (рис. 14 12). Для обеспечения селективности ток
срабатывания быстродействующей ступени ЗaIЦИТЫ (отсечка с
t === О) отстраивается не только от к. з. за пределами защищае:\юй
линии (точки К 1 И К 2 ), но И ОТ к. з. В К З за трансформаТОРОJ\1 отпайки
(рис. 14 12) по выражению
I с . з == (1,2+ 1,3) Iкзм:шо (l4 2)
rде 1 Кзмакс ток при к. з. В К з ; этот ток имеет l\IаКСИ:\.1аЛhное
значение при отключении линии на ПРОТИВОПОЛОЖНОl\1 конце. При
большой мошности трансформатора ответвления ток 1 к.з.макс может
оказаться болыле, чем ток при К. з. В К 2 ИЛИ K 1 , что приведет кумень.
llIению зоны отсечки.
Неселективное действие первой ступени защиты при к. з. В TpaH
сформаторе ответвления исправляется с помощью АЛ В следующим
образом. При к. з. В трансqюрматоре линия и трансформатор отклю
чаются одновременно. Затем после автоматическоrо отключения
отделителя (рис. 14 11, 2, е) линия включается от АЛВ. Селектив
ность второй и третьей ступени защит А и В линии при к. 3. на OT
ветвлении обеспечивается соrласованием выдержек времени этих
ступеней с защитами М Т трансформатора ответвления. Третья зона
защиты линий должна резервировать отказ выключателя С и MaK
симальной защиты трансформатора М Т ответвления. При Ma.тIO
l\ЮЩНЫХ трансформаторах это требование часто оказывается трудно
осуществимым.
При наличии источников питания на ответвлении защиты линий
следует выполнять направленными, что облеrчает выполнение усло
вии селективности при к. з. за пределами линии.
Токовые защиты нулевой последовательности. По условию ce
лективности вторая и третья зоны защиты линии должны соrласо
вываться с защитами трансформатора ответвления по времени, а
411
первая зона защиты должна отстраиваться от к. з. за трансформа
тором, ес"Т"lИ при этом в линии АВ появляются токи нулевоЙ после
довательности. При соединении обмоток трансформатора по схеме
л/ в случае замыкания на землю в сети треуrольника токи 1 u
в линии отсутствуют и поэтому наличие ответвления не влияет на
чувствите 7]ЬНОСТЬ первой ступени линейных защит А и В.
На чувствительность линеЙных защит нулевоЙ последоватеll'1Ь
ности (А И В) оказывает влияние состояние неi'LТрали Н трансфор
l\1aTOpOB, поДключенньiх 1{
ответвлению (рис. 14 12).
Если неЙтраль Н не за
зеылена, то 1'01' 3/ 010 про
ходящий В месте к. з. (в
точке /(4), распределяется
между концами линии (А и
В) обратно пропорциональ
но сопротивлениям HY
левоЙ последовательности
обеих ветвеЙ.
При заземлении ней
трали Н и к. з. В К4 часть
тока 3/ 0 }{ замыкается че
рез неЙтраль ответвления,
вследствие чеrо токи 3/ 0 А
П 3/013 на концах линии
У:\lеньшаются. Степень
уменьшения зависит от соотношения пара lетров сети, линии и
трансформатора ОТЕетвления. Для повьпuения чувст8luпельноспlи за
щиfпы на линиях с ответвлениями lпраНСфОР},!Лfпор отвеп18ленuя
желательно не зазеЛlлять.
Дистанционная защита. По соображениям селективности пеI:
вая зона защиты отстраивается от к. з. за трансформатором OTBeтB
ления (точка /(3 на рис. 14 12), а вторая и третья соrласуются
по вре:Vlени с соответствующими защитами траНСфОРl\1атора OTBeTB
леНАЯ (С:\l. Э 11 18).
tJ=O t п tш
@fi1
j6
1f(2
t ш t п ['"'О
@08
@
/(.
"
Рис. 14 12. ТOIшвые и дистанцнонные за
щиты на линиях с ответвлениями.
в) Дифферен циальные за щиты
Поперечная направленная диффереициалы-!ая защита может
устанав:пшаться на параллельных линиях с отвеТВ,,1Jениями, но при
этом необходимо vчитывать два обстоятельства:
1. rlаличие ответвлений нарушает равенство токов в паралле.пь
ных линиях Л 1 И Jl'2. в нормалы-I!l.1 режиме, /1 =1= /2 (рис. 14 13, а),
ПОЭТО IУ в pe.le появляется ток
/ р -::::= /1 /2 -::::= / ОТВl / ОТВ2' (14 3)
2. При IC з. за трансформатором ответвления защита приходит
в де(kтвие, стремясь отключить линию с поврежденным ответвле
нием, что с..:1СДУет из токораспределения на рис. 14 13J 6.
412
Для предупреждения неправильноrо действия поперечной диф
ференциальной защиты в нормальном режиме ее ТОК срабатывания
отстраивается от тока
небаланса, обусловлен
Horo наrрузкой ответ-
влений:
1 с. а:::::: k aBn (1 ОТВl I OTB2 ).
(14 4)
Для исключения pa
боты защиты во ВТОрОМ
случае t при к. 3. на OT
ветвлении, необходимо
выполн ить условие:
/ с.а== k авп (1 цК з) /2(К 3)t
( 14 5)
rде /.(Кз) и /2(Кз) токи
К. 3., проходящие по Л.
И Л 2 В месте установки
защиты при К. з. В К З
за ОДНИl\-1 из трансфор
маторов ответвления.
При наличии источ-
ников питания на OT
ветвлениях появляется
возможность неправиль
ной работы поперечной дифференциальноЙ защиты при 'к. з. вне
параллельных линий, в чем можно убедиться И3 раССl'лотрения
токораспределения в Л 1 И J1 2 . i1c-
ключение этоrо недостатка воз
можно только отстройкоЙ тока
срабатывания защиты.
Продольная дифференциальная
защита. На линиях. с ответвлением
эта защита может неправи.пьно дей
ствовать при к. з. за трансформа
тором ответвления (в точке к з ).
Как следует И3 рис. 14 14, токи
по концаl\1 защищаемой линии в
этом случае направлены от шин
в линию (к месту к. з.), так же как
и при к. 3. па линии. Для исклю
чения неправильной работы за
щиты ток срабатывания дифферен
циальных реле должен быть больше тока в них при К. 3. В К з ,
Т. е. 1 r.З > I f(j. Это условие можно выполнить только при мало
мощном трансформаторе ответвления, коrда ТОК к. 3. / кз имеет
11
..........
4
Л Z
I,
I От В1!
тBZ
lZ l".!
а)
Л2
.
Ir(l(зJ
,
л,
К)
6)
Рис. 14 13. Направленная поперечная диффе-
ренциальная защита параллелыlхx линий с oт
ветвлениш.ш.
в
с
'!нз
Рис. 14 14. Продольнаn дифферен-
циальная защита на JlИНИИ с от-
ветвлениеы.
413
небольшую вепичину. Поэтому продольная. диффереНllиальная за.
щита типа ДЗЛ в большинстве случаев оказывается неприменимоЙ
на линиях с ответвлениями. Для линий с ответвлениями необ.
ходима особая схема защиты, реаrирующая на rеометрическую
CYl\IMY токов на концах линии и в ответвлении. Такие защиты
еще находятся в стадии разработки.
r) Высокочастотные защиты [л. 91]
Дифференциально фазная защита. На линиях с ответвлением
дифференциально фазная заIЦИТ8, основанная на сравнении фаз
токов /А и /в по концам линии (рис. 14 15, а), действует неправильно
при к. з. В точке К з за трансформатором ответвления.
В это:\'1 случае токи по концам линии / А и/в совпадают по фазе,
ПОЭТО!\lУ высокочастотные импульсы имеют прерывистый характер
(рис. 14 15, б) и защита работает, так же как и при повреж:дении
на защищаемой линии.
Д З ДФJ
"'v t
I д
t
а)
t
Рис. 14 15. Диффсренциально
фазная защита Д ФЗ 2 с двумя
ПОЛУКОl\шлектами на линии с OT
ветвлением.
I
I
I б)!
Неправильное действие защиты в рассматриваемом случае МО>I{НО
преДОТвратИТЬ двумя способами: 1) отстройкой пусковых реле,
управляющих цепью отключения защиТЫ, от к. з. за трансформа
TOpOl\'7 ответвления или примененвем блокирующих реле, также
отстроенных от к. з. за трансформатором [л. 64] и 2) установкой
дополнительноrо неполноrо комплеи:та дифференциально фазной
защиты на ответвлении.
В пер в о м с л у ч а е при к. 3. за трансформатором OTBeTB
ления пусковые реле в цепи отключения заIЦИТЫ, установленной
на обоих концах линии, не будут срабатывать и поэтому защита не
сможет подействовать на отключение.
Отстройка пусковых реле от к. з. за трансформатором ведется
в режиме, коrда линия отключена на противополо}кной стороне,
414
так как в ЭТОМ случае токи к. з. И их СИМl\Iетричные co
ставляющие в рассматриваel\ЮМ комплекте защиты будут наи-
большими.
Данный способ применим при условии, что. коэффициент чувст.
вительности пусковых реле при к. з. на ответвлении (точ а К 4 ) и
на противоположной стороне линии (точка К 2 ) будет достаточным
для надежноЙ работы защиты (т. е. если k ч 2).
@ДФЗ дфз@
rv rv
t
11/ lc f @ 10
t
ХЗ
а)
+ ......
ПР, РТ, /{Р, /{Р, t
]I8or
В. '1. СllCf/UЛ
I1P, IfP2
РТ, I< P 2
/{ Рис. 14 16. ДиффереII
циально фазная пысо
Х Р 1 I1!1СI< IJ.I./ кочастотная защита
fJepeOaтllUHO Д ФЗ 2 с тремя полу
комплектами на линии
В) с ответвлением.
в т о рой с п о с о б ПРИl\Iеняется, если отстроЙка пусковых
opI'aHoB защиты по УСЛОВИЯl\iI ее чувствительности неВОЗlVIОiкна.
В ЭТОl\I случае на ответвлении устанавливается дополнитель
ный неполныЙ КО!\Iплект С дифференциально фазной защиты (рис.
14..16), используемый для блокирования комплектов А и В,
при повреждениях за трансформатором ответвления, установлен.
ных на концах линии. Этот комплект С состоит из высокочастот
HOI'O передатчика, пускающих ero пусковых реле (рис. 14 16, в)
и блока манипуляции, управляющеI'О работой передатчика (см.
рис. 12..21).
При к. з. за трансформатором ответвления ток в ответвлении 1 с
сдвинут по фазе на 1800 относительно токов 1 А И 113 на концах ли.
нии (рис. 14 16, а). .
415
в ЭТИХ условиях передатчики на кониах линии работают в поло.
жительные полупериоды токов 1 А И 1 в, а передатчик на отвеТВ.не-
нии Е отридательный по.пупериод этих токов. Ток высон:оЙ ча.
стоты rенерируется непрерывно, как и при внешнем IC З., за.
, щита ДФЗ не работает (рис.
14 16, 6). _
в случае наличия источ-
ников питания со стороны
ответвления на ПОСtlттеднем
устанавливается n о "ТТ Н Ы Й
I\:О v1плект дифференuиа.пьно-
фазной защиты.
Рассмотрев распределение
TOI\.OB по l\:oHuaM линии и на
ответвлении, нетрудно убе-
диться, что дифференuиально
фазная защита, состоящая из
трех полных комплектов, бу.
дет работать правильно при
всех случаях повреждений.
Направленные защиты с
высокочастотной блокировкой.
Лля обеспечения правильной
работы защиты в общем слу
чае (при наличии питания со стороны ответвления) необходимо
устанавливать комплекты защиты с трех сторон линии А, В и С
(рис. 14-17).
При IC з. за трансформатором ответвления в точке К3 мощность
К. з. Sc на отвеТВoIlении направлена к шинам (рис. 14 17), комплект С
пускает в. ч. передатчик, КОТОРЫЙ
ПССЫ.llает блокирующие импульсы,
запрещающие работать I{ОI\Iплек-
та!';! А и В. При к. з. на линии
последняя будет ОТI\:лючаться с
трех сторон }{01\1п.пектами защи
ты А, В и с. ..
При отсутствии источников пи-
тания со стороны ответвления на
последнем достаточно установить
только в. ч. передатчик и пускаю.
щие ero пусковые реле (рис. 14-18),
с тем чтобы КОl\1плект С блокир6.
вал защиты А и В при к. з. за
ответвлением в точке К3.
Комплект С f..IОЖНО не ставить, если пусковые реtlтте за
Ul.ит А и В можно отстроить ОТ к. з. В точке К3 без ущерба для
чувствительности защиты при повреждении на защищаемой ли.
нии.
А r О
о
JjJ
HJ f с
Рис. 14 17. Направленная ВЫСOIючастот-
ная защита на линии с ответвлением.
416
+'
P
РЛ
РТ В
РТе
рп
...
РЕ
, )
...... Л!/С}( 8. 1/.
переоат икп
Рис. 14-18. Схема полукомплекта
высокочастотноЙ защиты, устанав-
ливаемоrо на ответвленИи без не-
-
точнпка питания.
r лава пятнадцатая
ЗАЩИТА rEHEPATOPOB
15 1. ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМbI РАБОТЫ fEHEPA..
TOP08 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ fEHEPATOPOB
а) Виды повреждений reHepaTopOB
Большинство повреждениЙ reHepaTopa вызывается нарушением
изоляции обмоток статора и ротора. Эти нарушения обычно про
исходят вследствие старения изоляции, ее увлажнения, наличия
в неЙ дефектов, а также в результате повышения напряжения,
перенапряжений, механических повреждений, например, Из за виб
рации стержней обмоток и стали маrнитопровода. Поэтому в прин
ципе повреждения возможны в любоЙ части обмоток.
Повреждение в статоре. В статоре возникают междуфззные (двух-
фазнtlе и трехфазные) к. З., замыкание одной фазы на корпус (на
землю), замыкание между витками обмотки. одной фазы. Наиболее
часто происходят междуфазные к. з. и за:VIыкания на корпус.
1\1 е ж Д у фаз н ы е к. з. сопровождаются прохождением в Me
сте повреждения очень больших токов (десятки тысяч ампер) и обра
зованием электрической дуrи, вызывающей выrорание изоляции 11
токоведущих частей обмоток, а иноrда и стали маrнитопровода
статора.
Замыкание обмотки статора на корпус
является замыканием на землю, так как корпус статора связан с зем
лей. При этом ток повреждения проходит в землю всеrда через сталь
маrнитопровода статора, выжиrая ее. Повреждение стали требует
длительноrо и сложноrо ремонта.
З а м ы к а н и е в и т к о в о Д н о й фаз ы происходит OTHO
сительно редко; оно переходит либо в замыкание на землю, либо
в замыкание l\'1ежду фазами.
Повреждения в роторе. Обмотка ротора reHepaTopa находится
под невысоким напряжением (300 500 в), и поэтому ее изоляция
имеет значительно больший запас прочности, чervl изоляция ста-
торной обмотки. Однако из за тяжелых механических условиЙ ра-
боты обмотки ротора, вызываемых большоЙ скоростью вращения
(1 500 3 000 об/мин), относительно часто наблюдаются случаи
повреждения изоляции и замыкания обмотки ротора на корпус
(т. е. на землю) в одной или двух точках.
Замыкание на корпус в одной точке об
м о т к и р о т о ранеопасно, так как ток в месте замыкания
практически равен нулю и нормальная работа reHepaTopa не нару-
шается. Но при ЭТОМ повышается вероятность возникновения опас..
Horo для reHepaTopa аварийноrо режима в случае появления BToporo
замыкания на корпус в друrой точке цепи возбуждения.
При Д в о й н ы х з а м ы к а н и я х часть витков обмотки
ротора оказывается зашунтированной (см. рис. 15 34); СОПРОТИDле-
14 н. В. ЧерноБРО808
417
иие uепи ротора при ЭТО 1 уменьшается и в неЙ появляется повы
шенный ток. Этот ток переrревает обмотки ротора и пптающеrо
ее возбудителя, вызывает дальнеЙшие разрушения в месте Повре
:ждения и может вызвать rорение изоляuии ротора.
Кроме Toro, из за нарушения симметрии маrнитноrо потока,
обусловленноrо замыканием части витков обмотки ротора, возни
]{ает сильная механическая вибрация, опасная для reHepaTopa.
Особенно большая и опасная вибраuия появляется .при двоЙном
замыкании на землю на rидроrенераторах и синхронных КО1\1пенса
торах (СК), имеющих явнополюсные роторы. Поэтому на rидроrе
нераторах и крупных СК uелесообразно устанавливать защиту,
сиrнаЛИЗИРУIОЩУЮ первое замыкание на землю в роторе. Прп cpa
батывании этой защиты rидроrенератор останавливают для YCTpa
нения повреждения. Для турбоrенераторов двойное замыкание
менее опасно, и поэтому турбоrенераторы допускается оставлять
в работе при первоы замыкании в роторе. Спеuиальной защиты
от этоrо вида повреждения можно не ставить. Замыкание на землю
в роторе обнаруживается при измерении ero изоляuии, ПрОВОДИМОl\1
периодически на работающем reHepaTope.
На турбоrенераторах при первом замыкании обмотки ротора на
корпус устанавливается защита от двойноrо замыкания на землю.
б) Ненормальные режимы
Ненормальными режимами reHepaTopa считаются: опасное YBe
личение тока в статоре или роторе с в е р х н о м и н а л ь н о r о
значения (с в е р х т о к и), несимметричная наrрузка фаз статора,
опасное повышение напряжения на статоре.
Рассмотрим кратко причины и характер ненормальных режимов.
Повышенные токи (сверхтоки) в [енераторе возникают при внеш
них к. з. или переrрузках.
При в н е ш н и х к. з. В reHepaTope, питающем место повре..
ждения, появляется ток к. з. 1 к > 1 HOM.r' Нормально такие к. з.
ликвидируются защито:Й поврежденноrо элемента и не опасны для
reHepaTopa.
Однако в случае отказа защиты или выключателя этоrо эле
мента ток к. з. В reHepaTope будет проходить длительно, наrревая
ero обмотки. Повышенный HarpeB может привести к повреждению
последних. Предупредить подобное повреждение можно только
путем отключения [енератора.
Для этой uели на сенераторе должны предУСJvtатриваться за..
щитbl l реасирующие на внеlllние К. з. И резервирующие опllШЗ защиты
или выключателей СJvtежных элеJvtентов.
Пер е r р у з к а r е н е р а т о р а обычно возни кает в pe
зулыате отключения или отделения части параллельно работаю
щих reHepaTopoB системы; }<ратковременных толчков наrрузки, BЫ
званных технолоrией пронзводственных проuессов у потребителей;
самозапуска двиrателей; форсировки возбуждения [енератора; на'"
418
рушения синхронизма; потери возбуждения у reHepaTopa и тому
подобных причин.
Переrрузка, т. е. увеличение тока наrрузки в обrv'10тках reHepa
тора с в е р х номинальноrо значения 1 (' > 1 НОМ' так же как и
внешнее к. з., ведет к переrреву обмоток и может привести к порче
изоляции, если ее температура превзойдет некоторое предельное
значение Т;ОП.М3КCJ опасное для изоляции.
При прохождении тока переrрузки температура изоляции до.
стиrает предельноrо значения через некоторое время t доп , зависяще€
от ве.ПИЧИНЫ тока 1 [" Характер этой зави
симости (дол == f (1 ['l 1 НОМ) показан на рис.
15 1.
Допустимое время t доп для reHepaTopoB
с косвенным охлаждением определяется по
]50
фОРМУ lIе: t доп == Il2 ) ' rде k кратность
тока переrрузки к номинальному.
Для оrраничения rабаритов, снижения
стои!\юсти и уменьшения затрат дефицит
ных !\Iатериалов мощные reHepaTopbI вы.
полняются с повышенной плотностью тока
в оБI\Iотках статора и ротора, ПОНlпкен
НЫ!\1И термическими запасами и более ин
тенсивной (форсированной) системой охла.
ждения.
В качестве последней принята система непосредственноrо охла
)кдения обмоток, осуществляемая подачей охлаЖДaIощей среды
(водорода, воды, масла) во внутреннюю полость проводнин:ов об1\l0.
ток статора и ротора. ОхлаЖДaIощая среда циркулирует по спе
циальным каналам внутри проводников обмоток.
J
2
"
I
ft
IHO
о
1
1,5
2
Z.5
Рис. 1 5 ) . Зависимость
допустимой Длительности
переrру:ши t доп от KpaT
ности тока reHcpaTopa J r
к но:\шнальноыу току / НОМ'
Отечественные заводы выпускают reHepaTopbI:
ТВФ с нспосредственным охлаждением рот.ора ВОДОРОДо:\l;
TrB с непосредственным охлаждением водородом ротора и статора;
твв с непосредственным охлаЖДением статора водой 1I ротора водородом;
ТВМ с непосредственным охлаждением статора маслом, а ротора водой.
Допустимое время переrрузки мощных reHepaTopoB зависит от
типа охлаждения, соответствующие данные для обмоток статора
приведены в табл. 15 1 и для обмоток' ротора в табл. 15 2 [л. 100].
Как следует из таблиu, переrрузка статора до 3090 на reHepa.
торах с непосредственным охлаждением и дО 50?Ь на rеиераторах
с косвенным охлаждением допускается в течение 2 .AUl1i и более,
поэтому при таких переrрузках не требуется немедденноrо aBTOMa
тическоrо отключения reHepaTopa.
Во l\-1НОПIХ случаях переrрузки, обусловленные форсировкой
возбуждения, качаниями, кратковременными толчками наrрузКи
у потребителя и т. п., ликвидируются сами по себе до истечения
предельноrо времени tдопо При авариях в системе с дефицитом
*14
419
...
rенераторнои МОЩНОСТИ предусматривается автоматическая раз
rрузка путем отключения части потребителеЙ при снижении 4а.
стоты, а TaiHI<e автоматический и ручной ввод резерва активных
и реактивных мощностей. Ta
т а б л и ц а 15 1
кими путями предупреждается
и ликвидируется длительная
переrрузка reHepaTopoB при He
достатке rенераторноЙ !\'ЮЩНО-
сти.
О,пключение zeHepafnopOB при
11ереёрузках допускается только
водо i ., ьодор,щом - В тех случаях" коёда прuняmые
Irrepbl 110 их раЗёрузке не даюm
результата" а дО11устимое время
переёрузки истекло.
. С учетом сказанноrо защита
от переrрузки reHepaTopoB на
электростанциях с дежурным
персонало устанавливается с
деЙствием на сиrнал. Н:а aBTO
матизированных элеl{трсстан
циях защита от переrрузI'.И вы.
полняется с действием на от.
К.1ючение или разrрузку reHepaTopoB по истечении допустимоrо
времени переrрузки. Апалоrичное - исполнение защиты желательно
иметь и на мошных reHepaTopax, так I{aK на этих reHepaTopax
при переrрузках, превышаЮIЦИХ
30%, tJ[on достаточно мало и поэтому
де)J{УРНЫЙ персонал не успеет произ-
вести СЕоевременную разrрузку их.
Несимметрия токов в фазах reHe-
раторон возникает при двухфазных и
однофазных к. з. вне reHepaTopa, при
обрывах одноЙ или двух фаз цепи,
связываюшеЙ reHepaTop с наrрузКОЙ,
. и при неполнофаЗНО 1 режиме работы
в сети. Несимметрия токов приводит
к дополнительному наrреванию ротора
и механическоЙ вибрации машины.
Несимметрия сопровож:дается по.
явлением в обмотке статора токов
обратноЙ последовательности 12' эти
токи имеют обратное чередование фаз
и создают маrнитное пол е, вращаю.
щееся в сторону, противоположную
вращению ротора. В результате этоrо поток, созданный токами 12'
пересекает корпус ротора с двоЙной скоростью. Он индуктирует
в металлических частях ротора (в бочке ротора) значительные вих
.......
Продол
житель
1-1 ость
переrруз
ки. мии
Кратность hc-реrрузКИ статора
[ст
[
СТ.1-ЮМ
с v.OCBeH
ным
охлвжде
нием
обмоток
с иt:-п(;средственным
охлаждением
обмоток
60
15
10
6
5
4
3
2
1
420
1, 1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,4
1,5
2,0
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,5
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,5
т а б л и ц а 15-2
Продолжитель
ность переrрузки
ротора с непо
средственным
охлаждением,
.мин
Кратность пере-
rрузки ротора
[
рот
[рот. НОМ
60
10
б
4
1
0,3
1,05
1, 1
1,15
1,2
1,5
2
При м е ч а н и е. На reHepa
торах с косвенным охлаждением при
одновременных переrрузках ротора
и СТ8тора статор HarpCBaeTCH быст.
рее. Поэтому данные о переrрузочноfi
способности ротора этих reHepaTopoD
не приводятся.
ревые ТОКИ, имеющие двойную частоту, и создает дополнитель-
ный, пульсирующий с двойной частотой электромаrнитный момент.
Вихревые токи вызывают повышенный HarpeB ротора, а пульси
рующий момент вибрацию вращающеЙся части машины.
Несимметрия токов особенно опасна для крупных COBpel\leHHbIX
турбо и rидроrенераторов ТВФ, ТВВ, TrB, TBl\1, ВЫПО"ТIняемых,
I{aK указывалось выше, с пониженным тепловым запасом. С учетом
термических и механических характеристик отечественных reHepa
торов допускается их длитедьная работа с неравенством (несиммет
рией) ТОКОВ по фазам, не превышающим 10?о для турбоrенераторов
и 209{, для rидроrенераторов и синхронных компенсаторов, при
условии, что ТОК в фазах не превосходит номинальноrо значения.
При указанной несимметрии ток /2 составляет около 5 и 10 o
/ HOM.r соответственно, эти значения являются максимальными
длительно допустимыми токами /2ДОПJ И их можно рассматривать
l{aK номинадьные токи обратной последовательности [енератора.
ТОК /2 > /2_М3J<С.ДЛИТ.ДОП вызывает опасный ДОПО"ТIнительный
HarpeB ротора и может допускаться лишь в течение оrраниченноrо
времени t доп .
Величина допустимоrо времени t доп определяется предельной
температурой Т peДJ допустимой для изоляции обмотки ротора и
отд льных, наиболее подверженных HarpeBY элементов ротора:
бандажных колец, зубцов, метаддических пазовых клиньев.
Непосредственно HarpeB ротора происходит от тепла, выделенноrо вихревыми
тока ш 1 В.Т' возникающими в корпусе ротора, _ но так как последние индукти
руются токами статора 12 и ему пропорциональны 1 В.Т == k1 2 , то количество тепла.
выделенное вихревыми токами,
Q === k' 1 j - t :::= k" 1 2 t.
В.Т
При адиабатическом проц се HarpeBa (без отдачи в окружающую
среду) предельные температуры Т пред достиrаются при определенном,
постоянном для данноrо типа [енератора количестве тепла Qпред.
Характерпзуя эту величину постоянной А, получаем уравнени
HarpeBa ротора через ток /2:
J 2tдоп == А,
05 1 )
откуда
А
t доп == Т'
*2
(15 1 а)
rде / *2 кратность с р.е Ji. н е r о за время [ДОП действующеrо
значения тока /2; А теП"ТIовая постоянная, зависящая от типа
[енератора. -
В общем случае ток /2 не постоянен и мо)кет изменяться в тече..
ние времени t доп . ПОД с Р е Д н и м током /2 понимается действую
щее значение тока /2' сохраняющеrо постоянную величину в тече..
ние времени t доп и выделяющеrо за это время такое же количество
тепла, что и действительный изменяющийся во времени ток /2и)'
421
Величина среднеl{вадратичноrо тока находится интеrрированием
(суммированием) токов / и) в пределах времени 'доп, делениеl\1 полу
ченноrо интеrрала на время
t доп и .извлечением KBaдpaT
Horo корня из среднеrо зна
чения / :
Cf'1r
200 t
iJoп
180
f
180 r
2 'доп
fltO 1*2 V 1 / (t) dt,
t доп
120 О
(ОО (15 2)
rде 12(0 MrHOBeHHoe зна
чение действительноrо тока
/2 в относительных единицах.
Выражение (15 lа) яе
ляется тепловой xapaKтepи
стикой ротора сенераlnора,
о а2 lИ ао 0,8 1,0 1.2 1,' 1.6 1,8 11(2 определяющей доnуспlи.мую
Рис. 15 2. Кривые 33ВИСИi\ЮСТИ t доп === продолжительность несимме
=== f (1 *2)' тричнbtХ режимов е заеuси.МО
сти от величины тока /2:
t доп === f (/2)'
Это выражение является
приближенным. При малых
токах Har.peB ротора происходит медленно и сопровождается OTдa
чей тепла в окружающую среду (т. е. не адиабатически), в резуль
тате чеrо действительное t доп больше
расчетноrо.
При прохо)кдении больших токов воз
никает опасность выделения повышен
Horo количества тепла в переходном co
противлении соприкасающихся поверх
ностей стали ротора (зубцов, клиньев
и др.). Последнее может приводить к бо
лее быстрому HarpeBY этих поверхностей
до опасной температуры, чем это дается
расчетной формулой (15 1 а).
Тепловые характеристики для reHe
раторов разноrо типа и разной мощно
сти приведены на рис. 15 2 и в табл.
15 3. Постоянная А принята по данным
заводов. Для reHepaTopoB с косвенным
водородным ох.па)кдением А == 30, для reHepaTopoB ТВФ А == 15,
для reHepaTopoB TrB, ТВВ и ТВМ А == 11 + 8. Для турбоrене
раторов 500 Мет А == 5.
Из характеРИСТИI{ на рис. 15 2 видно, что для мощных reHepa
торов с косвеННЫ:\1 охлаждением при / *2 > 0,3/ ном r, вре:\'lЯ t доn
80
60
O
20
/ для rидроrенераторов (А == 40); 2 для
турБОi'еиераторов ТВ2 (А == 29); 8 для TYP
боrенераторов ТВФ (А ::::::: 15); 4 для турбо
rеиераторов trE-300 (А == 8.5).
422
т 3 б л и Ц 3 15 3
Продол
житель
н ость
нссиммет
ричноrо
режима.
сек
Допустнмый ток /2
В долях иоминаль
Horo для турбо
rеисраТорОD
ТВФ
ТВВ
и TrE
2
3
4
5
10
20
2,6
2,3
1,9
1,7
1,2
0,9
2,0
1,6
1,4
1,25
0,9
относительно мало (меньше 2 МИН) и поэтому при подобных Пере 4
rрузках требуются автоматические устройства, защищающие [eHe
раторы при несимметричных режимах.
у [енераторов l\lеньшей мощности, 30 60 Мвт, с KocBeHHbIl\1
охлаждением и большими запасами по HarpeBY роторов (кривые 1
и 2) допустимое время значительно больше и автоматическое отклю
чение для них требуется при токах /2 > 0,5/ HOM.r'
Повышение напряжения возникает на [енераторах при внезап
u
HOl\1 соросе наrрузки, так как при этом исчезает маrнитныи поток
реакции статора и увеличивается скорость вращения разrрузив
шейся машины.
На турбоrенераторах повышение напряжения не достиrает опас
ных значений и ликвидируется автоматическими реrуляторами CKO
рости и возБУЖдения или в случае отсутствия последнеrо руЧНЫ 1
реrулированием возбуждения.
При увеличении скорости вращения до 110% на турбоrенерато
рах срабатывает «автомат безопасности», полностью закрывающий
доступ пара в турбину, чrо исключает чрезмерное увеличение
скорости и опасное повышение напряжения. На rидроrенераторах
реrуляторы скорости действуют медленнее, чем на турбоrенера
торах, в результате этоrо при сбросе наrрузки скорость вращения
arperaTa резко увеличивается и может превысить номинальную
на 40 60?o, а напряжение [енератора вследствие этоrо мо}кет воз
расти до 150?о НOl\lинальноrо и больше. Поэтому на rидроrенера
торах наряду с автоматическим устройством развозбуждения пре
дусматривается защита от повышения напряжения, действующая
на снятие возбу}кдения или отключение [енератора.
в) Общие требования к защите reHepaTopoB
На [енераторах устанавливаются защиты от внутренних повреж
дениЙ и опасных ненорма-пьных режимов, т. е. таких ре}кимов,
которые MoryT вызывать повреждение [енератора.
При ненормальных режимах работы [енератора, не требующих
не lедленноrо отключения, защита, как правило, должна действо
u
вать на сиrнал, по которому дежурныи ооязан принять меры к
устранению ненормальноrо режима без отключения [енератора.
АВТО Iaтическое отключение [енератора допускается только в тех
случаях, коrда возникший ненормальный режим нельзя YCTpa
нить, а ero дальнейшее протекание ведет к повреждению [eHe
ратора.
Для предотвращения развития повреждения, возникшеrо в [e
нераторе, защиты от внутренних повреждений должны отделить
[енератор от сети, отключив rлавный выключатель, и прекратить
ток в обмотке ротора отключением автомата rашения поля (рис. 15 3).
С отключением выключателя прекращается ток повреждения / ,
поступающий в поврежденный [енератор из сети (рис. 15 3). Однако
через место повреждения продол}кает проходить ток / , поддер}ки-
423
ваемый 9. д. с. reHepaTopa Е. Отключением Аrп 1 разрывается цепь
тока ротора 1 Р. В результате 9Toro исчезает поток ротора и вместе
с ним исчезает создаваемая И:\l в фазах reHepaTopa э. д. с. OДHOBpe
менно б.пОI{ контакт Аrп 2 воздействует на отключение Аrп Воз
будителя, контакт KOToporo 3 вводит
сопротивление R Arn в цепь возбуж
дения возбудителя. Кроме Toro, в re
нераторах с ВОЗДУШНЫI\'1 ОХЛ€L'кдением
для тушения пожара изоляции в кa
меру reHepaTopa ПУСI<ается от руки
пар или вода либо аВТО:\1атически
уrлекислота СО 2 от защит, деЙствую
щих при внутренних повре)кдениях.
На [енераторах с ВОДОРОДНЬЕ! охла..
ждением специальн х мер по туше
нию пожара в reHepaTope не приме
няется, поскольку водород не под.
держивает rорения. На reHepaTopax,
ОХ.,1а)кдае:\IЫХ масло:vt, необходимы
устроЙства для тушения ПОjкара, но
такие устройства находятся еще в cтa
дии разработки.
Защиты от внешних коротких за
мы!(аний должны отключать [eHepa
80.J,gJ!шl'ЛЯ торный выключатель для прекраще
ния тока к. з., посылаемоrо reHepa
тором в сеть, и Аrп для предупреж..
дения повышения напряжения на за
Рис. 15 3. Схема автоматиче- жимах reHepaTopa вследствие сброса
CKoro rашения поля reHepaTopa. наrрузки.
/(0
+
Jощшпо
'р
+
!
mJ
Eij r
_5 2. ЗАЩИТА ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ Б ОБlf\ОТКЕ
СТАТОРА
а) Назначение и общие принципы ВЫПО..flнения защиты
В качестве ОСНОВНОЙ защиты от междуфазных коротких замыка
ниЙ в reHepaTope ПрИ!\Iеняется быстродеЙСТВУЮlцая продольная
дифференциальная з нч.ит (СМ. Э 10 2).
Cxe:\fa продольной дифференциальноЙ защиты для одноЙ фазы
rеиератора показана На рис. 15-4., а. Полные схе:\1Ы в ДВУХ вариан
тах приведены на рис. 15 10.
При н ц и п Д е й с т в и я з а Щ и т ы (рис. 15 4, а) основан
на сравнении величин и фаз токов (1 I и 1 1I) в начале и конце обмотки
фазы статора. С этой целью с обеих сторон обмотки статора YCTa
навливаются трансформаторы тока Т 1 и Т 1 I с одинаковыми коэф
фициентами трансформации пTI == пTII. Вторичные обl\iОТ}{И co
еДИНЯЮТСЯ последовательно, как показано на чертеже, разноимен
424
ными полярностями. Дифференциальное реле Р ВI\ДIочается парал
лельно вторичным обмоткам обоих трансформаторов тока.
При К. 3. вне З0НЫ (точка К I на рис. 15 4, а) первичные токи 11
и 111 равны по величине и направлены в одну сторону (к месту к. 3.).
Распределение вторичных токов показано на рис. 15 4, а, ток в реле
I р == [iв [Нв, при идеальной работе трансформаторов тока
[113 == [lIn И поэтому [р == о зашита не работает. В деЙствитель
ности, из за поrрешности траНСфоРl' 'lаторов тока /113 =1= /118 И В реле
t
р
р
(;
/пJ flп
,.".... J
тл {:
f ..... i t
:'.:! , ::
"'>
f "*"""'"
t t
Ч.
;} t/IB
.............
iр=h8 jЛ6 О)
Рис. 15 4. Схема и припцип деЙствия продольной дифференциальной за-
щиты reHepaTOpa.
а токораспреДeJJение при внешнем К. з.; б при К. з. В зоне.
появляется ток небаланса / р == /1:6 == [113 / Пв. Для ИСК1ючения
ложной работы защиты необходимо обеспечить ус.ловие:
· 1 с. 3> [иб. макс.
При иаrрузке распределение первичных и вторичных токов
соответствует условиям Бнешнеrо К. 3., ток /р == о и защита не
действует. При К. 3. В З0не (точка KII на рис. 15 4, 6) первичные
токи к. з. на обеих сторонах обмотки направлены встречно (к месту
к. 3.). В результате этоrо вторичные токи в реле с у м м и р у ю т с я
/ р == / 1в + /1113 И реле приходит в действие, если / р > / С.3. ДЛЯ
прекращения к. 3. защита должна отключить rенераторный выклю-
чатель и Аrп.
т р е х Ф а 3 н ы е и д в у х Ф а 3 н ы е 3 а Щ и т ы. rIоскольку
в СССР сети reHepaTopHoro напряжения работают с ИЗ0лированными
нулевыми точками, защита от междуфазных к. 3. reHepaTopa может
выполняться на двух фазах. Однако двухфазная защита не может
425
.
обеспечить отключение reHepaTopa при двойных замыканиях на
землю (рис. 15 5) в тех случа Хf котда одно из замыканий К 2 возни-:
кает в сети, а друтое К 1 на фазе тенератора, не имеющей защиты.
В то )ке время двойные замыкания на землю являются опасным ВИ 4
дОМ повре)кдения тенератора и требуют быстроrо ОТI(лючения,
Tal( как возникающий при ЭТОМ TOI( 1(, з. проходит через сталь CTa
тора, причиняя значительные разрушения. Для быстроrо ОТI(люче 4
ния Tal(OrO повре)кдения дифференциальная защита тенератора
должна выполняться трехфазной. В целях ЭI(ОНОМИИ TpaHc<topMaTo
ров TOI(a дифференциальные защиты тенератора можно выполнять
двухфазными, предусматривая при ЭТОМ соответствующе псполне 4
ние защиты от замыкания на землю, позволяющее ей отключать
двойные заМЫI(ания на землю (СМ.
15 5). На мощных reHepaTopax,
100 тыс. квт и больше, по сообра 4
жениям повышения надежности их
защиты целесообразно применять
трехфазные схемы дшl.ференциальных
защит при всех условиях.
Зона действия защиты
оrраничивается участком, располо
+ женным между трансформаторами ТО4
ка Т/ и Т// (рис. 15 4). При выпол-
нении защиты стремятся по возмож
ности расширить ее зону; с ЭТОЙ
целью трансформаторы тока Т // оБЫЧ 4
но устанавливаются непосредственно
у выключателя, так чтобы повреЖ 4
дения на всех тон:оведущих частях
от выводов тенератора до выключателя отключались мтновенно
дифференциальной защитой.
О б рыв с о е Д и н и т е л ь н о r о про в о Д а в схеме
дифференциальной защиты или заМЫI(ание между соединительными
проводаl\.ш нарушает баланс токов в реле 11 вызывает неправиль
ную работу защиты при сквозных I{. з. или даже в нормальном
реn\:Иl\lе.
Поэтому токовые цепи ащиты должны выполняться с oco
бой надежностью. Число контактных соединений в токовых
цепях должно быть минимальным, а качество соединений на 4
деЖНЫ!\I.
Вторичные обмотки трансформаторов тока
дифференциальной защиты заземляются только у одной rруппы
трансформаторов Т/или Т //; вторая rруппа трансформаторов тока
электричеСI(И связана с первой и поэтому своето заземления не имеет.
При заземлении обеих rрупп трансформаторов образуется цепь, по
которой мотут проходить токи, появляющиеся в I(OHType заземления
подстанции, в результате чеrо возможно неправильное действие
защиты.
/(2
+
К,
. т
L
Рис. 15 5_ Работа продольной
дифференциальной защиты при
двойном замыкании на землю.
426
б) Ток небаланса
При внешних к. 3. В дифференциальном реле заIЦИТЫ Р (рис. 15-4)
появляется ток небаланса, обусловленный поrрешностями TpaHC
форматоров тока Т/и Т //, как было показано в lO 4:
/ нб == 1 IIHaM / Снам'
( 15-3)
Ток небаЛйнса может вызвать неправильную работу дифферен
циальной защиl11Ы поэтому принu.маlОтся меры 1\, оераничеНlllО еео
величины.
Т/ 8
ТО
Т/
ТО
..,.с........
...............
I к . з
/иам
ZIiП=ZАВ ""ZC/J; Zliro =ZZJВ+ZCA
Е ё к.З=/21(.З тzZHTZ; Е2к.э=kк.эТЛ Z НТО
' o
С)
О}
Рис. 15 б. Влияние характеристики трансформаторов тока на веЛИ
чину тока небаланса.
а токи l;.(} при отсуТСТВИИ насыщсния и идентичности характеристики Ha
"
аrничивания и Iнб nрн насыщ н..ш и ненден'iИЧНЫХ характеристиках; 6 Ha
rPY Ka на трансформаторы тока при внешнем к. э.
Для этой пели необходимо соблюдать следующие требования:
а) Трансформаторы тока не должны насыщаться при токах
сквозноrо к. з., что позволяет уменьшить токи намаrничивания,
а следовательно, и ток небаланса при внешних к. з. Это обеспе
чивается применением трансформаторов тока, насыщающихся при
возможно больших значениях вторичной э. Д. С. Е2' И уменьшением
опротивления плеч защиты, составляющих наrрузку трансформа
торов тока при внешних к. З., от которой зависит величина Е 2
(рис. 15 6).
поставленныlM требованиям наилfjtlши-м образом удовлетворяют
трансформаторы тока класса Д которые обычно и прuмеНЯlОтся
для дифференциальных защипl 2енератОрО8.
Уменьшение сопротивления плеч достиrается выбором сечения
жил соединительноrо кабеля. Допустимое сопротивление соедини
тельных проводов находится по кривым 10% ной поrрешности транс-
форматоров тока.
б) Для уменьшения разности намаrНИЧИВaIОЩИХ токов xapaKTe
ристики намаrничивания Е 2 == f (/ нам) трансформаторов тока Т/ .
и Т J / должны быть идентичнымИ (совпадающими), а сопротивления
.
427
плеt1 по возможности равными. При этих условиях разность
1 I1нам Ilизм будет минимальной (рис. 15 6).
Выполнение УI{азанных требований весьма существенно оrрани
чивает установившееся значение тока небаланса. Однако перво
начальный бросок тока небаланса, обусловленный апериодической
составляющей тока при внешнем к. з. или самосинхронизации reHe
ратора, 1\10Жет достиrать значительной величины.
В r л. 10 было показано, что начальный ток небаланса содержит
значительную апериодичеСI{УЮ составляющую, которая придает
кривой небаланса песимметричный вид (рис. 10:..7).
Для исключения работы дифференциальной защиты от тока He
баланса в неустановившемся режи е кроме отмеченных выше мер
по уменьшению разности намаrничивающих токов (15 3) MorYT
использоваться два способа:
1) уменьшение величины и продолжительности броска 1 нб
В неустановившемся режиме и
2) применение реле, отстроенных от бросков 1 нб, возникающих
в этом режиме.
Уменьшение броска тока небаланса достиrается с помощью
активноrо сопротивления порядка 5 ом, включаемоrо последова
тельно с обмотками дифференциальных pe.i'Ie (рис. 15 10, а). Актив
ное сопротивление оrраничивает величину 1 нб и, KpOl\1e Toro, YMeHЬ
шает постоянную времени Т 2 вторичноrо контура трансформаторов
тока (Т 2 == L/r). Однако включение значительноrо активнЬrо
сопротивления (5 0.«) создает повышенную наrрузку на трансфор
маторы тока при к. з. В reHepaTope. В результате этоrо их поrреш
ность увеличивается, а вторичный ток, поступающий в реле, умень.
шается, что понижает чувствительность защиты и является недостат"
ком, оrраничиваIОЩИМ применение этоrо способа. .
В }(ачестве BToporo, более совершенноrо способа применяется
отстройка от неустановившихся токов небаланса с помощью быстро
насыщающихся трансформаторов [л. 66]. Этот метод получил широ
кое распространение в СССР.
в) Применение насыщающихся траисформаторов для отстрой-
КИ от тока иебаланса
Принциn работы БИТ. Эффективным и простым способом OT
строЙки от апериодической составляющей тока небаланса является
включение дифференциальных реле через вспомоrательные быстро
насыщающиеся трансформаторы тока (БНТ), как показано на .
рис. 15 10, 6. Параметры БНТ подбираются так, что они почти н е
т р а н с фор м и р у ю т а пер и о Д и ч е с к и й т о к, пре
об.падающий в начальном токе небаланса, но достаточно хорошо
пропускают синусоидальный TOI(, появляющийся в реле при к. з.
В зоне защиты.
Если представить, что в ервичной обмотке БНТ проходит
апериодическиЙ ток 1 а == t (t) (рис. 15 7 J а), то на зажимах разомкну
428
той вторичной обмотки БНТ будет наводиться э. д. с.
dФ
е 2 == dt .
Как следует из кривоЙ намаrничивания БНТ (рис. 15 7, 6), за
некоторый весьма малый промежуток времени /1t изменению тока I
соответствует ничтожное изменение потока /1Ф' (dФ/dt О). В pe
зультате этоrо величина индуктируемой э. д. с. е 2 будет ничтож
ной. Следовательно, и ток во вторичной обмотке БНТ будет мал.
Синусоидальный ток l трансформируется на ВТОРИЧНУЮ сто-
рону БНТ значителЬно лучше. За время д! (рис. 15 7, 6) поток в
dФ
e/' lI] dt
Ф=8
I
I
I
1/ l
I
ф
о
I
7
.L
.
б}
t
6)
Рис. 15 7. Работа и хараlперистики быстронасыщзющеrося транс.
форматора (БНТ).
маrнитопроводе изменится весьма значительно на /1(D" . Это
означает, что скорость изменения маrнитноrо потока dФ/dt, опре-
деляющая е 2 , при питании БНТ синусоидальным ТОКО1\I будет зна-
чительно больше, чем при питании ero апериодическим током.
.L 10ЖНО считать, что практически апериодическая соспlавляющая
тока не6аланса не трансфор,мируеmcя во вторичную 06мопzку БНТ
и полностью расходуепzся на подма2ничивание е20 сердечника. Это
приводит к насыщению БIIТ и ухудшению трансформаuии также
и периодической составляющей l тока небаланса.
Таким образом, в реле попадает только периодическая состав-
ляющая тока небаланса, у м е н ь ш е н н а я п о в е л и ч и н е
за счет насыщения, обусловленноrо подмаrничиванием сердечника
апериодическим током.
В установившемся режиме, коrда апериодическая составляющая
в токе небаланса затухает, последний трансформируется в реле без
существенных искажений по величине и форме кривой.
429
Параметры БИТ выбираются с таким расчетом, чтобы он Hacы
щался при относительно небольших значениях апериодическоrо
тока. Подбором стали маrнитопровода БНТ с широкой петлей rисте
резиса и величины индукции срабатывания Вс.р, близкой к В нас
(/"'OWI 12 000 се), l\!ОЖ:НО добиться таких условий, при которых началь
ный ток небаланса, смещенный асимметрично относительно оси Bpe
мени (рис. 15 7, в), не будет трансфор
мироваться через БНТ за счет нали
чия в нем большой апериодической
составляющеЙ. На этом и основана
отстроi'ш:а от аСИl\'lметричных токов
небаланса дифференциальных реле
при включении их через БНТ.
Добиваясь для отстройки от 1 нб
насыщения сердечника БНТ при OT
носительно малых токах необходимо
обеспечить достаточную надеж:ность
деЙствия реле БНТ при поврежде
ниях в зоне защиты. Чтобы обеспе
чить это условие, вторичный ток БНТ
при к. з. В зоне долж:ен быть на 20 30?-o больше тока срабаты
вания реле. За минимальную величину тока к. з., при котором
долж:на обеспечиваться н адеж:ная работа реле, принимается
. 1 К.3.МИН ::::::: 21 с.р1.
Характеристика БНТ 1 2Бнт == f (/ 1Бнт ), удовлетворяющая этому
условию, показана на рис. 15 8 (при первичном токе БНТ, равном
21 c.pl' ток в реле равен 1,3 J с.Р2).
Чебоксарский электроаппарат
выЙ запод выпускает реле РНТ 565
(рис. 15 9) для дифференциальной
защиты reHepaTopoB ii трансформа
ТОрQвJЛ. 65].
Реле РИТ состоит из Tpex
стержневоrо быстронасыщающеrося
трансформатора (БНТ) и питающе
rося от пеrо реле. Трансформатор
имеет три первичные обмотки: Ш д '
W y1 , W y2 , одну вторичную W 2 И
короткозамкнутую обмотку W K .
Обмотки W A и W 2 являются
ОСНОВНЫ iИ обмотками БНТ. Пер
вая W д включается в дифференциа"Т"IЬНУЮ цепь защиты, вторая W 2
питает реле типа РТ 40/0,2.
Вспомоrательные обмотки W Y1 и W y2 , называемые У Р а в н и
т е л ь н ы м и, предназначены для компенсации неравенства BTO
ричных токов I1 И I11 В плечах дифференциальных защит трансфор
маторов (рис. 16 3). В защите reHepaTopa они обычно не исполь
зуются.
I
1c.p2 3 "'!,J lc.p2
11Б Н:
о lc.p1
46ЗОНС
Рис. 15 8. ЗаI3!tСИМОСТЬ ВТОрИЧ
Horo тока БН r от первичноrо
тока.
430
Ф%
la
lл
ФiJа
Рис. 15 9. Лринципиальная схема
продольной дифференциальной за
ЩИТЫ reHepaTopa с реле РНТ 565.
TOI{ срабатывания реле реrулируется изменением числа витков'
дифференциальной обм:отки W д .
К о р о т к о з а м к н у т а я обl\iотка WI< позволяет усиливать
или ослаблять (реrулировать) подмаrничивающее действие аперио
дическоrо тока, поступающеrо в обмотку W д [л. 65, 68] (СМ. 16 8, в).
r) Разновидности схем дифференциальных защит '
На рис. 15 10, а и 6 приведены две основные схемы лифферен
пиальной заlЦИТЫ. Пер в а я схе ла (рис. 15 10, а) выполняется
с ПОМОlЦЬЮ простых токовых реле типа РТ или ЭТ. Последовательно
с ними включается сопротивление r :::::: 5 +- 1 О ом, которое служит
для уменьшения тока небаланса.
+
Сиzнпл
тn
r
I I
,
: .
I I
...1 .
J
r
r
а)
.........
н
.q
в
с
ТI В)
fH
Рис. 15 IO. Схемы про
дольной дифференци:
альнои защиты reHe
раторов.
а двухфазная с TOKO
вЬ!ми peJJe fипа ЭТ или
РТ; 6 трехфазная (" pe
ле РНТ 565; в про
хождение ТОК!)Н во BTf)
ричвЬ!х ц.епях при обр ьте
одноrо плеча.
тл
Такие схемы применяются для reHepaTopoB малой мощности.
Из соображений экономии трансформаторов тока они обычно BЫ
полняются двухфазными, при этом отключение двойных замыканий
производится защитой от замыкания на землю.
В т о р а я, наиболее распространенная схема осуществляется
с помощью реле PHT 565. Она показана на рис. 15 10, 6 в трехфаз.
НОМ исполнении. В реле РНТ используется только дифференциаль
ная обl\'10тка W д . Уравнительные оБМОТКIj остаются разомкнутыми
431
и не используются. Наличие быстронасыщающеrося трансформэ.
тора в РНТ обеспечивает надежную отстройку защиты от токов
небаланса. Это является преимуществом данной схемы по сравне.
нию со схемоЙ с простыми ТОКОВЫМИ реле. Схема с реле РНТ peKO
мендуется к применению на всех reHepaTopax, мощность которых
равна и БОЛЫ!lе 25 /Нвпz. Схема может применяться и в двухфазном
исполнении.
При обрыве соединительноrо провода
в одном плече токовой llепи защиты (например, фазы А от Т 1)
в реле Т А, как это следует из токораспределения на рис. 15 10, в,
появляется ток наrрузки от трансформатора тока Т 11 фазы А. Под
воздеЙствием этоrо тока защита может сработать при отсутствии по
вреждения в reHepaTope. При надежном выполнении ТОКОВЫХ цепей
и хорошем уходе за ними подобные обрывы бывают очень редко.
Для исключения л о ж 11 О r о действия защиты можно приме
нять два способа.
1. Ток срабатывания защиты выбирается так, чтобы она не дей
ствовада от номинальноrо тока наrрузки rei-Iератора, появляюще.
rося в реле при обрыве соединительноrо провода. Исходя из этоrо,
принимается
I с . з == 1,3I HoM . r .
( 15.4 )
Для немедленноrо выявления нарушения це.т(>сти токовой цепи
в схеме защиты предусматривается сиrнализация, выполняемая с
помощью сиrнальноrо TOKoBoro реле То. Это реле включается в pac
сечку нулевоrо провода дифференциальных реле, как показано пунк
тиром на рис. 15 10, б.
В нормальных условиях ток в нулевом проводе отсутствует и
реле То не действует. При обрыве токовой цепи (рис. 15 10, в) в HY
левом проводе появляется ток, реле То срабатывает и подает сиrнал
о неисправности.
ТОК срабатывания сиrнальноrо реле (ТО) выбирается минималь
ным порядка 20 {, 1 HOM.t'.
НедОСfnаmком paCC.A10тpeHHOZO способа является ухудшение чув
СfnвиmeЛЬНОСfnИ заЩUfnbl J обусловленное 8btБОрОJrt 1 С.З > 1 НОМ.
2. Второй способ основан на применении специальной схемы
вкл ючения реле РНТ, позволяющей обеспечить различную чувстви
тел ьность защиты при к. з. В reHepaTope и при обрыве в ее токовых
цеп ях. В первом случае защита имеет 1 С.З < 1 HOM.r, а во втором
1 С.З > / HOM.r'
Защита выполняется с реле РНТ, включаемым по схеме, из05
раженной на рис. 15 11 [Л.84].
Дифференциальная обмотка W д включается, Kal{ обычно, на раз
ность токов, а одна из уравнительных обмоток реле W y в нулевой
провод дифференциальной цепи. Обмотки W д и W y в каждом реле вклю
чаются встречно, так чтобы при обрыве провода в плече защиты
намаrничивающие силы /w в реле повре:жденной фазы были направ
лены противоположно друr друrу.
432
При т р е х Ф а 3 н ы Х и Д в у х Ф а 3 н ы Х К. 3. (внешних и в З0не)
ток в нулевом проводе и обмотках W v отсутствует. Поведение реле при К. 3. В зоне
определяется н. с. обмотки Ш д ' Реле .на поврежденных фазах приходит в действие,
если
1 pW 11. ;;::: F с. р,
(l5 5)
rде F с.р наименьшая намаrничивающая сила, необходимая для срабатывания
реле. .
Из (l5 5) нетрудно определить, что для действия ?ащиты при К. з. необходим
:ток
Рс.р
/р /с.з == W---.
1
(15 5a)
При о б рыв е про в о Д а в n л е ч е з а Щ и т ы, например фазы
А, распределение токов соответствует рис. 15 1l, б. По обмоткам Ш д и Ш у реле
а)
Сuzнал
ша Ш!I
б)
Рис. 15 1l. Схема продольной дифференциальной защиты
rellepaTopa с повышенной чувствительностью с реле
РНТ 562, не реаrирующая на обрыв токовой цепи.
й схема защиты: б токораспредеЛенне при обрыве пле-lа в
фазе А.
поврежденной фазы А проходит о д и н а к о вый ТОК оборванной фазы. HaM.ar
ничивающая сила обмотки Ш д действует навстречу н. с. обмотки Ш у '
Р е л е Еа фазе А с оборванным проводш.1 сработает при условии, что
отсюда
. ,
IрW д lpW y Рс.р'
....
( 15 6)
F
1 с. р
с. 3. об W W '
д у
rД / с.з.об ток срабатывания при обрыве плеча защиты.
Из сопоставления 05 5a) и 05 1) следует, что при обрыве фазы блаrодаря
противодействию обмотки Ш у ток срабатывания реле увеличивается. 3аrрубление
реле зависит от соотношения Ш.ц и Ш у '
Б Р е л е JI е п о в р е ж Д е н н ы х Ф а 3 В и С ТОК В обмотках Ш д от-
сутствует. ток / р проходит только по обмотке Ш у ' ПоэтоМУ: условие работы этих
реле определяется уравнением
(l5 1)
JpWy pc.p,
(15 8)
433
откуда находится ток срабатывания реле на неповрежденных (необорванных)
фазах:
Рс.р
l с . з . о б == .
у
Принимая w д == 2W y ' из уравнений (l5 7) и (15 9) получаем, что чувствитель
J-ЮСТЬ реле при обрыве фазы будет одинаковой как у реле поврежденной фазы,
так и на неповрежденных фазах (в обоих случаях I с.з.об == F c.p/w y ). в случае
же l\1еждуфазных к. з. из выражения (15 5a) следует, что
F F /
1 == == == с.з.об
с.з W д 2ш у 2
т; е. ток срабатывания при принятом соотношении W д и W v в условиях lеждуфаз
ных к. з. будет в 2 раза меньше, чем при обрыве соединит€льноrо провода. Чтосы
исключить работу защиты при обрыве плеча при полной заrрузке reHepaTopa
(/HoM.r), принимасм / с.з.об === 1,1 / НОМ.Р тоrда при к. 3.
1 == 1 с. З. об 1,1/ НОМ. r == О 5 5/
С-3 2 2 ' HOM.r.
(15 9)
(15 10)
Рассмотренная схема, обеспечивая отстройку от токов при обры..
ве соединительных проводов, имеет повышенную чувствительность
при междуфазных к. з.
При двоЙных замыканиях (одно в reHepaTope, а друrое' в сети)
чувствительность защиты ухудшается за счет противодействи я
обмотки W y . В этом случае ток срабатывания защиты получается
таким же, как и при повреждении в токовых цепях, т. е. больше
1 номх, что является некоторым недостатком CXel\fbI. Для сиrна..
лизации об обрыве преДУСJ\fатривается реле ТО, как показано на
рис. 15 11.
Выводы. Первый способ исключения действия защиты при об..
рыве соединительных проводов связан с заrрублением защиты и
неДОПУСТИJ\l на мощных reHepaTopax (100 Мет и больше).
Второй способ приводит к усложнению схемы защиты и вызы"
вает ее заrрубления при двойных замыканиях на землю. Приме..
нение этой схемы целесообразно только на reHepaTopax, отключение
которых приводит к нарушению электроснабжения потребителей.
Опыт эксплуатации показывает, что наиболее простой и надежноЙ
схемой является CXel\fa с БНТ на рис. 15 10, б, которая и peKOMeHДY
ется к применению без отстройки от тока при обрыве вторичной
цепи.
д) Выбор тока срабатывания защиты [л. >,- 22]. и транс-
форматоров тока
Для исключения неправильной работы дифференциальной за..
щиты при внешних к. з. ток срабатывания защиты должен отстраи-
ваться от максимальноrо значения тока небаланса, возни ающеrо
в этом режиме. Исходя из этоrо условия, первичный ток срабаты-
вания опреде.п ют по выражению
11 Iс.з==kнIнб.макс, (15 11)
rде k п коэффициент наде}кности.
434
Расчет Iб' Соrласно (15 3) ток небаланса равен разности Ha
маrнпчивающих токов трансформаторов тока дифференциальной
защиты. Он достиrает наибольшеrо значения при максимаЛЬНОl\'1
токе внешнеrо к. з. [к. 3. макс. Выражая ток намаrничивания TpaHC
форматоров тока Т [ и Т [1 (рис. 15 6, б) через их токовую поrреш
ность в относительных единицах 'П и fiII (см. 3 1), получаем:
[нб.макс==lнамII [нам!==- (fiII fiI) [к.з.макс' (l5 12)
Для повышения tiувствительности защиты при повреждениях
в 2eHepafnope и надежности при внешних к. з. необходимо выполнить
мероприятия по сниЭ1Сению I нб , рассмотренные в 15 2, б: ycтaHO
вить трансформаторы тока класса Д, обеспечить их одинаковую
за2рУЗКУ и выбрать величину сопротивления нazрузки ZH для каждО2О
трансформатора moка по 100/0 HЫM характеристикам.
При соблюдении последнеrо условия поrрешность каждоrо
трансформатора тока не может превысить 10% (или 0,1).
Если принять, что 'iI! == 0,1, а 'Н == о, то соrласно (l5 12)
небалане будет наибольшим и равным 0,1 от тока к. з.
[нб.макс == о, 1 [к. 3. макс. (15 12а)
При равномерной заrрузке плеч и идентичности характеристик
трансформаторов тока разница в их поrрешностях будет меньше 0,1.
Это учитывается в расчетной формуле [нб (15 12а) с помощью коэф
фициента. однотипности k одн , тоrда:
[нб. макс == k одн . 0,1 [К. 3. маКс.
(15.13)
При однотипности трансформаторов тока и равенстве сопротив
лений плеч принимается, что k одн == 0,5. При несоблюдении этих
условий k одн === 1. Выражение (15.13) опреде..1Jяет установившееся
значение [иб.
В начальныЙ момент к. з. в токе к. 3. имеется апериодическая
составляющая, которая намаrничивает трансформаторы тока и уве.
личив т их расчетную максимальную поrрешность (см. 11 3)
fi, приняtую в выражении (15 13) равной 0,1.
Это увеличение fi по рекомендации Руководящих указаний
[Л. 2] оценивается коэффициентом ka == 1 -+- 2. С учетом. этоrо
коэффициента в общем случае:
[нб. маКС == kаkоднfi[ к. 3. макс,
(15 13a)
:rД [I<.з.макс периодическая составляющая максимальноrо тока
"'к;. 3., проходящеrо через трансформаторы тока защиты, при Tpex
фазном к. 3. на выводах reHepaTopa (вне зоны дифференциальной
защиты) в момент времени t:::::: о; k одн == 0,5; fi == 0,1; ka выбира
€\ся с учетом схемы защиты.
Расчетное выражение [нб по (15.13) и (15 13a) является прибли
женным, поэтому коэффициент ,k H в (15 11) следует принимать рав"
ным 1 ,3 1,5, а ток [С.3 Не". рекомендуется выбирать меньше
\
435
n,5 / HOM.r. Ниже приводятся неК010рые особенности выбора 1 с.з В за
БИСИМОСТИ от CXel\lbI защиты и типа дифференциальных реде.
Выбор уставок для схемы с БНТ по рис. 15 10, б. Защита с диф
ференциаirьными реле, включенными через БНТ (реле типа
РНТ 565), не реаrирует на апериодическую слаrаю ую 1 нб, И поэтому
ее нужно отстраивать от периодической составляющей тока небалан..
са, т. е. от небаланса у с т а н о в и в ш е r о с я режиыа (коrда
затухают апериодические состаIOIяющие / нб). Расчетный ток небалан..
са определяется по уравнению (15.. 13а), в котором принимается
ka == 1. С учетом 3Toro ток срабатывания дифференциальной защиты
с реле РНТ равен:
...
А1 / с.з == kнkоднfJ К. 3. макс' (15 13б)
Число витков дифференциальной обмотки РНТ определяется
по величине намаrничивающей силы, необходимой для срабатыва
ния реле Fc.p == /с.рW д , откуда
Рс.р
W д == ;
с.р
1
/ ==
с.р п
т
Если защита не должна действовать при обрыве провода в ТОКОВЫХ цепях
схемы, то Kpo le УСЛОВИЯ (l5 13б) необходимо выполннть условие (l5 4): Iс.з ==
== 1,3 1 HOM.r'
Ток 1 с.з приtIИмается больший из двух значениЙ, после чеrо находпт'ся число
витков W д == F с.р/ 1 с.р.
Выбор уставок п(ш выполнении защиты с БНТ по схеме на рис. 15..11 С р2ЗНОЙ
чувствительностью при К. з. И обрыве токовой цепи. Ток срабатываиия выби-
рается из двух условий: отстройки от 1 нб по (15 136) и недеЙствия защиты при об
рыве одиоrо плеча защиты. Для выполнения BToporo условия принимается ток
срабатывания защиты больше тока наrрузки, появляющеrося в реле при обрыве
ТОКОВОЙ цепи: I с . з . о бр == 1,1 11IOM.r. С учетом этоrо при междуфазиых к. з. cor..
ласно (15 10)
1 с. 3 == 0,551 иом. r.
(l5 14)
Из двух значений Iс.з по (15 13б) и (l5 14) вы1ираетсяя бальшее. Подставляя
окончательно выбра нное значение 1 с.з в (15-1 О). находим число витков обмотки,
ВЮlюченной в дифференциальную цепь, W д == Fc.p/J c . p , тоrда ВИТКИ обмотки,
Ю{ЛЮЧе1IНОЙ в нулевой провод, находятся из условия W y == W д /2. Ток I с . з . о бр;;:::::
== Fc.p/w y == 2/с.з при к. з.
Выбор уставок для схемы с простыми токовыми реле (без БНТ)
по рис. 15 10, а. Токовые реле в этоЙ схеме реаrируют на полный
ток небаланса. Поэтому защиту необходимо отстраивать от акси"
мальноrо значения / иб В Н е у с т а н о в и в ш е м с я режиме по
(15..13а).
В соответствии с этим J с.з == kнk kОДllf i / к.з.макС7 коэффициент
k a , учитывающий увеличение тока небаланса в неустановившемся
ре:жиме, принимается равным 1 ,5 2.
Чувствительность защиты проверяется по минимальному току
к. З., В качестве TaKoBoro принимается ток двухфазноrо к. з. на
выводах reHepaTopa (в зоне защиты), коrда последний отключен
от сети. По ПУЭ необходимо иметь k ч 2. I
При замыкании между собой части витков фаз обмоток статора
можно ожидать уменьшения тока к. з. Однако расчет токов к. з.
436
в этом случае весьма труден содер>кит MHoro условных дo
llущений и поэтому недостаточно точен. Ориентировочная зависи
масть величины тока KopoTKoro замыкания / к от процента замкнув
шихся витков обrvютки статора [Л.70] приведена на рис. 15 12.
На основании этоrо видно, что теоретически дифференциальная за
щита может и!\-rеть мертвую зону вблизи нулевых выводов об!\,-rотки.
ПробоЙ изоляции фаз вблизи нулевых выводов маловероятен
вследствие небольшоЙ величины напряжения на этой части обмотки
статора. Практикой эксплуатации не зареrистрировано подобных
повреящений с током 11<.3 -< 1 HOM.r' С уче
том этоrо, на reHepaTopax малой и средней
мощности в СССР считается нецелесооб
разным ПРИI\iенение очень чувствительных
защит в у[церб надея{ности их отстройки
от токов небаланса. Однако, учитывая Воз
моя{ность (хотя И редкую) повреждения
изоляции обмоток статора вблизи нулевых
выводов, по причинам, указанным в начале
15 1, и особенно вследствие увлажнения
изоляции при охлаждении обмоток водой,
на еенераторах большой мощности 200
300 I 5001 800 М вп! и более целесоо6 разно
стремиlllЬСЯ к повышению tlувствительно
сти дифференциаЛЬНblХ ЗQщит l имея в виду
6ЬLCОКУЮ стлимоть столь крупных машиН 1 но И в этих случаях
чувствительные дифференциальные защиты должны надея{но OT
страиваться O T / нб при внешних к. з.
Для повышения tlувствительности возможно п рименение диффе
ренциальных реле с торможением (см. 10 4, и), в частности моя{но
применять реле типа ДЗТ, описанное в 16 8, r.
Оценка дифференциальной защиты. Дифференциальная защита
является быстродействующей, чувствительной и простой. защитой от
меящуфазных коротких замыканий. Проведение мероприятий по
повышению надея{ности дифференциальной защиты, сводящихся к
правильному выбору трансформаторов тока, включению реле через
БНТ и отстройке тока срабатывания от / нб, позволяет полностью
обеспечи'ть правильную работу защиты при внешних коротких
замыканиях. Надежная отстройка от /нб является основным усло
вием выполнения этой защиты.
Iк=f(W%)ПР" rn=O
l,ff{w %) при r" 10
10%
Рис. 15 12. Зависимость
величины тока к. 3. от
процента замкнувшихся
ВИТКОВ (r п переходное
сопротивление в месте за
мыкания).
J5 3. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ ВИТКАМИ ОДНОЙ ФАЗbI
Защита от витковых замыканий имеет оrраниченн<'m<сприменение
в даlвие отсутствия простых способов ее осуществления.
ТОЛJ;>КО дЛЯ мо[цных reHepaTopoB, каждая из фаз которых BЫ
полнена в виде двух и более параллельных ветвей, выведенных
наруя{у, разработаны о\носите.пьно простые и надея{ные CXel'.fbI за-
Щ!1ТЫ.
437
В нормальных условиях и при внешних к. з. в параллельных
ветвях 1 и 2 каждой фазы reHepaTopa наводятся одинаковые по
величине и фазе э. д. С. Е 1 И Е 2 (рис. 15 13, а). Сопротивления па..
раллельных ветвей равны, и поэтому токи ветвей 11 и 12 В нормаль
ном режиме и при внешнем к. 3. также равны по величине и совпа..
д-ают по фазе.
В случае замыкания части витков W K ветви одной фазы в зако"
роченных витках под действием их э. д. С. Е к возникает большоЙ
ТОК к. з. / к, циркулирующий по закороченным виткам.
Электродвижущая сила и сопротивление поврежденной ветви
(на рис. 15 13 ветвь 2) уменьшается за счет поnредившихся витков
W K , замкнутых накоротко. В результате этоrо нарушается баланс
....
а)
б)
Рис. 15 lЗ. Поперечная 'дифференциальная заu::.ита reHepaTopa.
а раепредеJJение ТОКОВ в параЛJJеЛЬНbJХ ветвях фазы; 6 схема однаеис..
темной защитЫ.
э. д. с. Е 1 И Е 2 И токов /1 И 12 В параллельных ветвях поврежденной
фазы. Появляется э. д. с. дЕ :::::; Е 1 Е 2 , под действием которой
в контуре поврежденной фазы возникает уравнительныЙ ТОК
1 Е 1 Е 2 (15 15)
У Х 1 + Х 2 '
rде Хl и Х 2 индуктивные сопротивления ветвей 1 и 2, активные
сопротивления не учитываются, так как они очень малы; Е 1 и Е 2
э. д. с. неповрежденной и поврежденной ветвей.
Чем меньше число замкнувшихся витков W K , тем меньше будет
различие между Е 1 и Е 2 . Следовательно, соrласно (15..15) сумень..
шением W K будет уменьшаться и ТОК повреждения 1 у из..за уменьше-
ния El Е 2 -
Нарушение равенства токов в параллеЛЬНblХ ветвях статора
reHepaTopa, происходящее при витковых замыканиях, и появление
у равнитеЛЬНО20 тока / у используются для выполнения защиты от
атО20 вида повреждения.
Для защиты от витковых замыканий в СССР применяется ропе-
речная дифференциальная защита, основанная на сравнении токов
двух параллельных ветвей фаз reHepaTopa. Такое сравнение можно
438
...
осуществлять с помощью т р е х с и с т е м н о и или о Д н о с и c
т е м н о й схемы защиты.
Трехсистемная схема предусматривает сравнение токов ветвей
отдельно для каждой фазы. Для этой цели устанавливаются три
токовых реле. Каждое реле включается на разность токов параллель
пых ветвей фазы А, В и С соответственно.
Односистемная схема выполняется с ПО!\10ЩЬЮ одноrо дифферен
циальноrо реле, сравfluваюшеzо сумму токов параллеЛЬflЫХ ветвей 1
. . . J . .
lпрех фаз 1 Al + 1 Bl + 1 Сl с такой же суммой токов 1 А2 + 1 В2 + 1 С2
друсой сруппы параЛJlеЛЬflЫХ ветвей 2.
Односистемная схема получила преимущественное распростра
пение в СССР и поэтому рассматривается ниже.
Односистемная схема поперечнои дифференциальной защиты
(рис. 15 13, 6). Три параллельные ветви 1 фаз статора А, В и С
IJ три параллельные ветви 2 тех же фаз соединяются раздельно в две
звезды с двумя выведенными наружу нейтралями Н 1 И Н 2. Эrи
неЙтрали соединяются друr с друrом нулевым проводом Н 1 Н 2 .
В цепи ну левоrо провода устанавливается трансформатор тока
То. К ero вторичной обмотке через фильтр Ф подключается токовое
реле Т. Фильтр Ф пропускает ток основной частоты 50 сЦ и запирает
ток высrпих rармоник, в том числе третьей rармоники.
Из CXel\fbI видно, что ток 1 Н.П В ну левом проводе Н 1 Н 2' питаю
щий реле Т, равен разности токов нулевой последовательности
звезды двух rрупп па раллельных ветвей 1 и 2:
/н.п== (i A1 +i B1 +I C1 ) (iA2+IB2+ic2) ==3/01 3/02' (l5 15a)
rде /01 и 102 ток нулевой последовательности параллельных BeT
вей 1 и 2.
В н о р м а л ь н о 1\1 Р е ж и м е rеометрическая сумма токов
фаз .каждо.й звезды равна нулю, т. е. i Al + i Вl + i сl === О И i А2 +
+ 1 В2 + 1 С2 ::::: О.
При т р е х фаз н ы х и Д в у х фаз н ы х внеrпних к. з.
сумма токов к. з. В каждой звезде также равна нулю. Токи Ha
rрузки, проходящие при этих повреждениях в ветвях статора,
балансируются, так как нейтраль наrрузки не связана с ней..
..:rралью [енераторов и токи нулевой последовательности в наrрузке
отсутствуют.
Т аким образом, в обоих случаях ток в нулевом проводе по вы..
ражению (l5 15a) /Н.п:::::О и реле не работает. В действительности
ток 1 Н,П =f=. О. Вследствие HeKoToporo искажения формы кривой фаз
ных э. д. с. reHepaTopa в каждой rруппе параллельных ветвей воз..
никают токи третьей rармоники ТУ) и P ). Эrи токи совпадают
по фазе и суммируются в нулевом проводе Н 1 Н 2' образуя резуль
тирующий ток: 3Pf) 3P 1 == 3/(3).
Вследствие неточноrо равенства э. Д. с. параллельных ветвей
Е А1 и Е А2 , E Bl И Е в2 , Е С1 И Е С2 В контуре каждой фазы появляется
уравнительный ток основной частоты 1 уА, 1 уВ И 1 уС' Уравнительный
439
ток и ток третьеЙ rармоники заМЫI{aIОТСЯ в контуре параллельных
ветвей каждой фазы, протекая по нулевому проводу Н. Н 2 :
/п. п == (3/13) 3/ ЧI) + (/ уА + / уВ + / уС) == З/'ЗI + / У'
Токи третьих rармоник запиршотся фИЛЬТрОl\1 Ф и не попаДaIОТ
в реле. Уравнительные токи / у И!\.lеIОТ частоту 50 2Ц И поэтому бес
препятственно проходят в реле, обусловливая появление в нем тока
небаланса:
1 нб == 1 уА + 1 уВ + 1 уС == 1 У'
ДЛЯ JIСКЛlочения ложноrо действия защиты неоБХОДИ 10 выпол
нить условие:
""/ с . э >l нб .
(l5 15б)
При 3 а м ы к а н и и в и т к о в в в е т в и одной из фаз,
как было показано выше, равенство токов в ветвях поврежденной
Ч.iазы нарушается, возникает уравнительныЙ ток / у, определяемый
выражением (15 15).
Этот ток замыкается по пулевому проводу Н 1 Н 2 И вызывает
появления тока в реле
J y
/ Р ==
n .
т
Защита приходит в действие при / у > 1 С.З'
Поскольку величина тока I у умеНLшается с уменьшением числа
замкнувшихся ВИТI\:ОВ WI\, защита имеет м е р т в у 10 З О ну.
Она не действует при / у < / С.3' Защита реаrирует не только на вит
ковые замыкания, она может сработать при междуфазных к. з.
и при заныканиях между ветвями одной фазы, так как при этом
обычно нарушается равенство э. д. с. и токов в параллельных ветвях
поврежденных фаз. В этом можно убедиться, рассмотрев TOKopac
пределения в обмотках статора для каждоrо из указанных повреж
дений. В обоих случаях защита И 'lеет значительные мертвые зоны.
т р а н с фор 1\1 а т о р т о к а Т 11, питаlОЩИЙ защиту, выби
рается без учета тока наrруЗКIl, поскольку ток появляется в нем
то.пько кратковременно при попреждениях.
Коэффициент трансформации ero обычно выбирается по условию
п т о,25iюм.r , при этом вторичный ток То при срабатывании
защиты должен соответствовать уставкам на реле РТФ. В отличие от
всех остальных CXel\1 дифференциальных зашит в данной схеме по
rрешность трансформатора тока То не вызывает токов небаланса
и поэтому к ero точности (характеристикам намаrничивания) не
преДЪЯВЛЯIОТ особых требований.
В связи с образованиеl\1 двух нейтралей у нулевых выводов об
моток статора трансформаторы тока для продольной дифференuи
альной защиты reHepaTopa должны иметь по две первичные обмотки,
состоящие из двух изолированных друr от друrа пакетов шин .пер
вой и второй параллельной ветвей фазы статора reHepaTopa.
440
fJ
Ток срабатывания защиты должен быть бо,пьше тока небаланса,
nоявляющеrося в реле при внешних к. з.: 1 С.3 === k и l нб.мзкf,:' На oc
новании опыта эксплуатации принимается l с . з ::::::;; (20-+30 o) l иом . r ,
Как показывает опыт, такая уставка при наличии фильтра обеспе
чивает достаточную отстройку от тока небаланса и действие защиты
соrласно расчетам ВНИИЭ при замыкании одноrо витка (имеется
в виду, что обl\10ТI{а фазы турбоrенератора IH.'leeT 7 9 витков).
Для выполнения защиты применяется реле PT 40, схема KOToporo
ПОI{азана на рис. 15 13, 6. Сопротивления обмоток реле и KOHдeHca
тора С подобраны так, что токи третьей rармоники, ЦИРКУЛИРУlощие
по проводу, соединяющему нейтрали Hl и Н 2 , замыкаются rлавным
образом через конденсатор; блаrодаря этому lс.р реле при частоте
1502Ц получается в 10 раз больше, чем при токе с частотой 502Ц.
Ток срабатывания реле реrулируется отпайками на трансформаторе
т и пружиной на реле в пределах 1,75 8,8 а.
В процессе эксплуатации выявилось, что поперечная дuфферен
циальная защита может неправильно работать при двойных за
Мblканиях на землю в o6J fOmKe ротора. ЭТО объясняется тем, что
ВliТКИ парzллельных ветвей фаз статора располаrаются в разных
П2зах; при двойном замыкании в роторе маrнитное поле ротора
становится неравномерным; ветви одной фазы попадают в поле с
разной маrнитной ИНДУКilией, в результате чеrо равенство э. д. с.
ветвей нарушается и в реле поперечной дифференциальноЙ защиты
появляется ток.
Двойные замыкания на землю в роторе иноrда бывают неустой
ЧИВЫl\IИ (НОС5!Т кратковременный характер). Чтобы исключить в
этом случае работу поперечной дифференциальной защиты, можно
замедлять.ее деЙС1I3пе. Однако при этом защита теряет свое быстро
действие, что приводит к увеличению повре)кдения при витковых
замыканиях. Поэтому от применения замедления отказались,
допуская срабатывание защиты при двойных замыканиях на землю
в обмотке ротора.
Оценка заш,ИТЫ. Достоинством рассмотренной защиты от витко
вых замыканий является ее простота и быстродеЙствие, а HeДOCTaT
ком наличие МQрТВОЙ зоны.
15 4. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЯ ОБМОТКИ СТАТОРА НА КОРПУС
(НА ЗЕМЛЮ)
а) Требования к защите
\ Как у)ке отмечалось, в СССР сети reHepaTopHoro напряжения
работают с изолированными нейтралями, а емкостные токи сети
компенсируются дуrоrасящими катушками. При захIыканиях на 1
корпус (на землю) обмотки статора ток повреждения 13 замыкается
на землю через маrнитопровод статора, вызывая при этом повре Де.
ния стали. Размеры повреждения завис ят от величины тока и дли",-.:
тельности ero протека ния.
441
Лаборатория BbIcoKoro напряжения имени Смурова, проводившая специаль
ные испытания) установила зависимостЬ допустимой продолжительности прохо-
ждения тока 13 от ero величины, т. е. t == f (/3) (рис. 15 14). В частности, исследо
вания лаборатории показали, что ток 5 а может допускаться длительно. Допусти-
мыми разрушениями считались такие,
устранение которых не требует перебарки
стальнЫх листов статора.
В 1950 r. ЦНИЭЛ .МЭС производил
опыты непосредственно на reHepaTope,
которые также подтвердили, что ток до
5 а может допускаться длительно. Т оки
более 5 а вызывают повреждение стали
и поддерживают электрическую дуrу, BЫ
зывающую rорение изоляции обмотки CTa
тора. Поэтому токи более 5 а MorYT допу..
скаться лишь оrраниченное время.
В эксплуатаuии имелись случаи дли
тельной работы reHepaTopa с замыканием
на землю обмотки статора, не сопровож
ceJr давшиеся опасным повреждением стали
при токе замыкания на землю По
рядка 5 а.
На основании результатов экс.
I по. данным лаборатории имени периментов и опыта эксплуатации
Смуроnа: 2 по рен:омендации завода К защите от замыкания на землю
«ЭлеКТРОСИJJа».
[енераторов в СССР предъявляются
два требования:
.J a ) При токах замыкания на землю 5 а и менее защита должна
действовать на сиrнал, так как при этих токах Не наблюдается опас.
ных повреждений статора.
'-iб) При токе замыкания на землю, превышающем 5 а, защита
должна действовать на отключение reHepaTopa, поскольку при этом
имеется опасность повреждения стали CTaTGpa.
а
13
\
\
\:
\
1
\ '\.
"- 1
"' 2
........... ............
.........
t
200
100
о
1
2
3
Рис. 15 14. Зависимость допусти
мой длительности тока замыкания
на зе1IЛЮ от величины этоrо l'ока 13.
б) Принципы выполнения защиты
По принципу cBoero действия на замыкание на земл.ю в обмотке
статора reHepaTopa может реаrировать дифференциальная защита,
но ее использование для этой цели было бы возможным только
при r лухом заземлении нейтрали, при изолированной нейтрали она
оказывается нечувствительной. Поэтому для защиты reHepaTopoB
от замыканий на землю применяется специальная высокочувстви.
.
тельная защита, реаrирующая на ток нулевой последовательности.
В СССР были созданы чувствительные токовые защиты, дейст
вующие при токах 13 == 4 7 5 а. Эти защиты выполняют на ес.
тественном емкостном токе или остаточном токе компенсации,
Не прибеrая к искусственным мерам и не предъявЛЯЯ каких либо
требований к ero величине, так как при появлении опасных токов
(больше 5 а) действие защиты на отключение reHepaTopa обес.
печено.
т о к и 10 и н а п р я ж е н И я и о при з а м ы к а н и я х
н а 3 е м л ю о б м о т к и с т а т о р а. В 9.1 показано, что ток
442
замыкания на землю 13 равен 310 и пропорционален напряжеНИIО
нулевой последовательно,СТИ U о:
13 -== 310 -== з V о
ХС '
сопротивление фазы сети reHepaTopHoro Ha
rде ХС емкостное
пряжения.
При замыкании на землю в обмотке reHepaTopa (рис. 15 15)
напряжение U N равно напряжению замкнувшихся на землю витков
[С,'з обмотки фазы статора. С некоторым приближением можно считать,
что напряжение распределяется равномерно по BCel\I виткам фазы
reHepaTopa. Тоrда, выражая W 3 в проuентах
от всех витков фазы, получаем:
w °10
U 0-== 100 U ф.r'
(l5 16а)
rде и ф.r нормальное напряжение
нератора.
Подставив и о в (15 16), найде :
1 3/ 3 Vф.r w з %
3-== о == X WO. i
Из (15 16a) и (l5 16б) следует, что и о , 10
и 1з, ПОЯВJIяющиеся при замыкании на зем
лю, пропорuиональны числу замкнувшихся
.витков W 3 . rрафически эта зависимость изо
бражена на рис. 15 16.
Величины и о , 10' J 3 имеют максимальное значение при замыкании
на землю на выводах reHepaTopa. В этом случае Ш3 ==: 10090; подста
вив это значение в (l5 16а) И (15 16б),
получим U о ==: U Ф.н а
1 3== 3/0== 3 и: == зи Ф.rWС,
с
rде С емкость одной фазы сети тeHe
paTopHoro напряжения.
При приближении точки замыкания
на землю к нейтрали reHepaTopa W 3
уменьшается от 100 b дО О, вследствие
этоrо уменьшается и U о, 10, / 3, достиrая
нуля при замыкании в нейтрали reHe
ратора (рис. 15 16).
При наличии дуrоrасящей катушки
ток замыкания на землю 13 состоит ИЗ
двух составляющих: тока, замыкающеrося через el\lKOCTHoe сопро
тивление сети Хс, и тока, замыкающеrося через сопротивление Дуrо
rасящей катушки XL.
Результирующий ток равен их разности
/ -== ЗV О ЗU О =::: зи W з % ( )
3 ХС Х L Ф. r 100 ХС Х L ·
UO l:f,JO
.l l1 o =f(w J }
I
1] ::: {(юз)
I
1/0 =f(ЮJ}
ю%
о
100%
Рис. 15 16. Зависимость и о ,
10 и 13 от числа замкнув
шихся БИТКОВ обмотки CTa
тора reHepaTopa.
....
фазы тe
(l5 16б)
(l5 16)
/o
f
и о
1
/o
Uфr
,... I .. 1
Zo
I I зио
IШ.r 'f =31o ХО
Рис. 15 15. Напряже
иие и о и ток 10 при
замыкании на землю
обмотки статора reHe
ратора.
443
ф и л ь т рыт о к о в 10. Принuипиально. как и в защите ли
ний ( 9 4,б)t возможны два способа выполнения токовых защит
нулевой последовательности: с т Р е х т р а н с фор м а т о р н ы м "\
фильтром 10 (рис. 15-17,a) и однотрансформзторным \
фильтром 1 о тнп J
(рис. 15 17,6).
Первоначально за
щита выполнялась с по-
мощью трехтрансформа-
TopHoro фильтра. Такая
защита была недостаточ
но чувствительна, она
срабатывала при токах
'замыкания на землю
15 20 а. Чувствитель-
ность этой защиты orpa
Рис. 15 17. Защита ОТ замыканий На землю. ничивалась током не-
баланса, от KOToporo
защита должна быть от-
строена, 1 С.з > 1 ибо Последний определяется поrрешностью транс-
форматоров тока и имеет поэтому значительную величину (см.
9 4,б и в).
В настоящее время защита reHepaTopa от замыканий на землю
ВЫПОЛНfl ТСЯ только ПО второму способу с ТНП. Ток небаланса
....... = """"""" .
/C
............
А В С
А lJ С
б)
а)
а с обычными трансформаторами; б с тип.
:=} Ip Jloc
10['
I
а t
t :
I
н нt :xt l I
А i I I
I и о I I I
tH ==Jз/оl' L ' : I
. ..J
О)
=:} Iр=ЗJ оr '
Ior
t Ior
t lor
......
4-----
Io
..........
1I ос t
: t
ft и о
I
L
о)
Рис. 15 18. Принцип действия защиты ОТ замыканий на землю
с ТНП.
Токораспределение при замыкании в ['енераторе (а). при внешнем замы
кании (б).
в IН П значительно MeH .!llel вследстви чеr защита получается
лее чsвс tв ите.щ>i!Qй. Однако ТНП обычной конструкции (См. рис
9 8) не обес пе чивают необходимой чувствительности, поэтому при-
меняются ТНП с п о Д м а r н и ч и в а н и е м, позволяющие
получить требуемую чувствительность защиты (3 5a первичных).
444
Принцип действия токовой защиты с ТИП, выполненной по
рис. 15 17. При з а м ы к а н и и н а з е м л ю в о б м о т к е
r е н е р а т о р а (рис. 15 18, а) в месте замыкания (в точке К)
возникает наnрЯ2кенпе и о , под действием KOToporo в каждой фазе
[енератора появится ток 1 оС, замыкающиися через. емкость С co
ответствующей фазы сети II место повреждения К. Проходя через
маrНИТО 120ВО Д ТНП, охватывающий три Ы reHepaTopa, три тока
1 ос(31 ос) индуктируют во вторично й о б 10тке ТНП ток 1 р === 31 ос, KO
1"ОрЫЙ питает обмотку TOKoBoro реле. Если ток 1 р > 1 С.3' то защита
приходит в действие. Отнеся ТОIПl/ р и I с . з к nервичной стороне ТНП,
получим, что условием работы заrциты является сЬотношение 31 оС
;;::: 1 С.3' rде 31 ос =.:;;::: 1 р емкостныЙ ток, поступающий в реле.
Если в сети установлена дуrоrасящая катушка (дrк), то на ток
J ос наложится ток Д,rк 10L' заl\Jыкающийся по контуру: катушка
место nовре2l{дения. В ЭТGr\J случае 1 р ==
31 ос 31 0L , а условие срабатывания при J j10c
мет вид:
Поскольку токи 1 ос п 1 cL пропорциональ
вы tQ,'з, то И ток 1 р u'з. При замыкании
вблизи нейтрали [енератора ток 1 р может OI{a
заться l\:еньше тока срабатывания (рис. 15 19) "'epт8tzJl a
И зашита не подействует. .10110
r Таким сбразом, защита по nринциnу
I
..св oero деиствия имеет м е р т в у ю з о ну.
Величина мертвой зоны, т. е. число незащи
Ш.енныХ витков обмоток а, может быть onpe
делена rрафическЬ l{ак точка пересечения прямых 3/ 0с . !(w з )
и I с . з (рис. 15:.19). Мертвая зона ЯЕЛЯется недостаТКОl\1 защиты.
Однако создание устройства, осеспечивающеrо защиту 100 % вит
ков обмотки статора, представляет трудную задачу и требует
усложнения СХЕМЫ и реле. Поэтому на [енераторах малой и cpeд
неи мощности f\лертвая зона считается допустимой, если при no
вре2l{дении в ней 13 < Ба.
При в н е ш н и х з а l\l ы к а н и я х н а з е 1\1 л ю (р ис. 15 18, б)
под деЙСТВИeI'.1 напряжения U о, nОЯВЛЯЮlдеrося в месте повреж
дения, возникают токи 10' замыкающнеся через емкость сети и eM
кость обмоток rеиератора (/oc и lor). Токи 10r проходят через ТНП
и реле. Поэтому при внешних замыканиях ток 1 р === 3/or.
Как уже от лечалось в rл. 9, в момент возникновения замыка
ния появл яется нестационарный бросок тока, в 4 5 раз превосхо
дящий установившееся значение 3/0r. Очевидно, что защита reHepa
тора должна быть отстроена от этоrо броска то ка- с некоторым
запасом, для чеrо
1 С.3 > k б 3/ 0r ,
[де k б коэффициент, характеризующий величину броска емкост-
Horo тока.
(3/ ос 31 oL) 1 с.3.
.
Ic. p
l.iJ;
100%
Рис. 15 19. «.Мертвая
зона» защиты при за.
мыкании на ЗеМЛЮ.
445
Величины токов 3/ or по данным завода «Э ТIектроси.п:а» ддя турбо
reHep.aTopoB приводятся в таб ТI. 15 4.
т а б л и II а 15 4
Номинальное Емкостный Номннальное Емкост
тип турбо ток турбо Тип турбо. ток тур
reHepaTopa напряжение, rCHepaTopa reHepaTopa напряжение. reHcpaT
кв lcro а кв /Сr-
ный
бо
ора
а
T 2 12 2 10,5 0,46 ТВФ lOO 2 10,.5 1,48
Т 2 12 2 63 0,34 TB2 I Ю 2 18,0 3,14
,
Т 2 25 2 10,5 0,92 TBB 150 2 18,0 1,64
Т -2 25 2 63 0,69 TBB 200 2 11,0 2,88
,
Т 2 ;:Ю 2 10,5 1,43 ТВВ-200-2 15,75 0,9
TB 60 2 10,5 1,22 TrB 200 15,75 3,34
TB 100 2 15,75 3,34 ТВВ-200-2 20,0 3,23
TB2 100 2 ]3,8 2,15 TrB 300 20,0 4,56
т о к н е б а л а н с а. При н о р м а ТI ь н о й н а r р у з к е
и в н е ш н и х J{. з. сумма hервичных токов, проходящих через
ТНП, равна нулю, поэтому ток в pe ТIe ДО ТIжен отсутствовать. Однако
за счет неСИI\1метрии расположения фаз по отношению к маrнИтопро
/'
воду ТНП в pe ТIe защиты ПОЯВ ТIяетсЯ ток небаланса /нб. В HopMa ТIЬ
ном ре)киме ток неба ТIанса очень Ma ТI. При К. з. / нб возрастает, что
может привести к неправи ТIЬНОЙ работе защиты.
Для предупреждения неправильной работы защиты при внешних
К. з. .!I!ОЖНО или засрубuть ЗQи иту тaK цтобы она была надежно
отСf1ч;оена от / нб.R.3., или БJlOкировать, т. е. вЫбодить защиту из
действия во время К. з., сохраняя ее норма ТIЬНУIO чувствите ТIЬНОСТЬ.
Предпочтение отдается второму способу, ПОЗВО ТIЯlOщему обеспе
чить СО ТIьшую чувствите ТIЬНОСТЬ защИТЫ.
При 1\1 е н е н и е б ТI о к и р о в к и ИСКТIючает действие за
щиты при одновременных замыканиях на зе1\1.ПЮ в reHepaTope и сети
(двойных замыканиях), так как в этом С ТIучае ПОЯВ ТIяется ток к. 3.
И заЩIlта от замыканий на землю выводится из действия. ПОЭТОI\'IУ
ес ТIИ дифференциа ТIьная защита reHepaTopa выподнена на двух фа
зах, то в схеме защиты от замыканий на землю предусматривается
второе ре.пе с rрубой уставкой, во MHoro раз превосходящей тек
неба ТIанса /нб.R.з., но надежно действующее от тока 3/0 при двойных
замыканиях на зем ТIЮ.
Д.1'.Ш обеспечения необходимоЙ чувствитео1ЬНОСТИ защиты (I С.З < 5 а) при-
:меняютсЯ ТНП с ПОДl\iаrничиванием.
М е с т о у с т а н о в к и Т Н П. К а б е л и и л и ш и н ы, соединяю
щие rCHepaTop с выключателем, Не рекомендуется включать в зону защиты от за-
мыканиЯ на зеМЛЮ reHepaTopa. Замыкание на землЮ в этих элементах не представ
ляет опасности и можеТ быть ликвидировано персоналом так же, как это делается
при замыканиях в кабельных линиях. Включение [енераторных токопроводов
в зону защиты приводит к увеличению тока J ос' проходящеrо через ТНП, при ВнеШ
них замыканиях на землЮ и вызывает заrрубление защиты. По этим причинам
ТНП устанавливается непосредственно У выводов reHepaTopa.
446
-
8) gашита от замыканий на корпус с ТИП, имеющим подмаr
ничивание *
Конструкция тип. Маrнитопровод 1 ТНП имеет форму прямо
уrольника, внутри KOToporo располаrаются кабели или токопроводы
трех фаз reHepaTopa (рис. 15 20). Маrнитопровод ТНП выполняется
из траНсфОРJlilаторной стали, на
нем намотана вторичная обмот z;,
ка 2, питающая реле. Фп
На рис. 15 21 изображена
кривая намаrничивания ТНП
дЛЯ переменноrо тока. Она пред
ставляет зависимость э. д. с. на
за)кимах разомкнутой вторичной
сбмотки ТНП от намаrничиваю Рис. 15 20. Упрощенная схе:\1a ТНП
шей силы F первичноrо тока: с подмаrничиванием.
Е 2 === f (Р).
Показав на диаrрамме н. с. F 3 при токе замыкания на землю
1з, можно убедиться, что вследствие малой величины [3 трансформа
тор работает в начальной полоrой части характеристики намаrни
чивания. Наводимая во вторичной обмотке э. д. с. Е 2 == Е'2 будет
мала; соответственно будет мал и вторичный ток, если вторичную
обмотку замкнуть на реле. Ч увстви
тельность защиты значительно возра
стает, если на маrнитопровод ПОМе
стить дополнительную обмотку 3 (рис.
15 20), питаемую переменным TOKO '1 [п
от постороннеrо источника. Маrнито
движущая сила дополнительной об..
мотки F п будет п о Д м а r н и ч и
F В а т ь маrнитопровод, создавая в нем
маrнитный поток. Если при наличии
подмаrничивания появится тот же ток
замыкания на землю 1з, то созданная
им намаrничивающая сила F 3 скл а
дывается с намаrничивающей силой
обмотки подмаrничивания F п' В pe
зультате этоrо ТНП работает в более крутой части характери
стики намаrничивания В.С и э. д. с. Е;, наводимая током 1з,
будет значительно (в 15 20 раз) больше, чем при том же 13 без
подмаrничивания; соответственно возрастает ток в реле, что
повышает чувствительность защиты. Указанное подмаrничивание
осуществляется пер е 1\1 е н н ы м током * * от трансформатора
напряжения reHepaTopa, поэтому маrнитный поток Ф п , создаваемый
Е
Рис. 1 5 2I. Влияние ПОДмаrни
чивания на вторичную э. Д. с.
Е 2 ТНП.
I
Ip
Ш Л
Реле
Фg-
t E 2
tEn
@ @ lLJz
J @ @2
* Защита разработана Институтом электродинамики АН УССР.
* * Подмаrничивание постоянным током не дает увеличения э. д. с. ТНП.
создаваемой током 1з, и поэтому не может использоваться для повышения чув-
ствительности защиты (подробнее этот вопрос рассмотрен в [л. 13 Il 37]).
447
обмоткоiI подмаrничивания, будет наводить во вторично обмотке
дополнительную э. д. с. Е п, искаЖaIОЩУЮ работу ТНП. ДЛЯ устра-
нения вредноrо влияния обмотки подмаrничивания маrнитопровод
выполняется из двух одинаI{ОВЫХ сердечников: la и 16 (рис. 15 22).
На ка:ждом сердечнике располаrаются вторичные обмотки 2а и 26
и обмотки подмаrничивания' 3а и 36. Обмотки подмаriIичивания
3а и 36 соединяются встречно последовательно и поэтому создают
в сердечниках маrнитные потоки противополож:ноrо направления.
Вторичные обмотки 2а и 26 соединяются cor ласно последовательно,
поэтому наводимые в них током подмаrничиванпя э. д. с. Епа и Е пб
взаимно уничтожаются. Практически за счет неточной балансировки
во вторичной обмотке появляется разность этих э. д. с. (Е па Е пб ===
== Е llб . п ), создающая ток небаланса 1 иб.П' Ero величина может быть точ"
но измерена и может иметь максимальное значение при нормальном
напряжении сети.
fn
4-
40М.
z"'Ha,
4
Zp
о)
АВС
Рис. 15-22. Трансформатор тока нулевой
последовательности с подмаrничиванием.
а коиструкция; б..... схема зз-мещения.
При замыкании на землю в первичной цепи ТНП появляется ток
310' Он наводит в обмотках 2а и 26 последовательно направленные
и равные по величине э. д. с., которые складываются и вызывают
в реле ток 1 р === 310'
При к. з. И наrрузке ток в реле должен отсутствовать,
однако из-за несимметрии расположения первичных токопроводов
во вторичных оБМОТI{ах ТНП возникает э. д. с. небаланса Еиб.нес,
обусловливающая появление в реле тока lнб.нес.
С учетом небаланса от обмоток подмаrничпвания результирую..
щий ток небаланса
l иб == Iнб.нсс + lиб.подм'
Таким образом, при внешних к. з. и токах наrрузки в реле
защиты появляется ток небаланса, состоящиЙ из двух составляющих:
обусловленной несимметрией первичных токопроводов ТНП 1 иб.нес
И подмаrничиванием 1 иб.ПОДМ'
Теоретический анализ [Л. 37] и эксперименты показывают, что
Еиб.нес, а следовательно, и 1 иб.нес пропорционадьны величине пер..
Бичноrо тока, т. е. Еиб.нес === kl п('рв' Расположение вторичной обмот"
ки на маrнитопроводе ТНП подобрано с таким расчетом) чтобы 1 нб.пес
имел минимальное значение.
448
Блаrодаря этому при наrрузке IlIб.нес не превышает 2 З ма,
при к. 3. он соответственно возрастает.
Число витков вторичной обмотки выбирается из расчета, чтобы
сопрorивление намаrничивания тнп равнялось сопротивлению реле
(Zтнп == zp). Как известно, при этом условии обеспечивается отдача
максимальной мощности от источника питания (вторичной обмотки
ТНП) в наrрузку (реле).
При Включении на ТНП реле ЭТ 521/0,2, имеющеrо потребление
0,1 ва, с уставкой 0,1 а защита работает при токе замыкания на зем
лю 4 5 а. Включая реле ЭТД 551/60 с потреблением 0,0] ва, можно
повысить чувствительность защиты до 3 а. В настоящее время И3
с:::,
Qo
.:t-
t::)
ф
.......
't50
'r50
Рис. 15 23. Конструкцня ТНП шинноrо типа.
rотовляются ТНП дЛЯ reHepaTopoB с числом кабелей до 16. Для reH
раторов с шинными выводами имеется аналоrично выполненная
конструкция ТНПШ.
Основное затруднение в конструкции шинноrо ТНП составляет
оrраничение токов небаланса, возникающИХ Из за большей, чем в
кабельных ТНП, несимметрии располо}кения фаз относительно Mar
нитопровода. Эти затр уднения преодолеваются подбором размеще
ния вторичной обмотки ТНП. Конструкция шинноrо ТНП показана
на рис. 15 23. Токоведущие шины для первичной цепи дол}кны иметь
наде}кную, разделяющую их изоляцию. Форма токоведущих шин
выбрана из условия оrраничения тока небаланса, наводимоrо во
вторичной обмотке токами, проходящими по шинам. На шинные ТНП
обычно включается реле ЭТ Д 551/60.
Технические данные выпускаемых промышленностью ТНП и
ТНПШ приведены в [л. 2].
Принципиальная схема защиты с ТИП, имеющим подмаrничива
ние, изображена на рис. 15-24. В схеме предусмотрены два токовых
15 Н. в. Чернобровов
449
реле: чувствительное и rрубое. Ч у в с т в и т е л ь н о е р е л е 1
предназначено для действия при однофазных замыканиях на землю
в обl\ютке статора reHepaTopa. Это реле не отстраивается от токов
небаланса при внешних к. з. И имеет поэтому блокировку, выводя
щую ero из действия при внешних повреждениях 1.
В цепи отключения реле 1 предусмотрено реле времени 4 с BЫ
держ:кой времени O,5 1 сек. Замедление повышает надежность OT
стройи:и реле 1 от мrновенных бросков нестационарноrо eMKocTHoro
тока при внешних замыканиях на землю и позволяет не считаться
От токodых реЛf а)
зощliты 2eItepOтopo
от IIнешнuх к. J.
От 111/7
б)
Рис. 15.24. Принципиальная cxef\lra защиты от за1\fЫ
каний на зе:\IЛЮ с ТНП, имеющим подмаrничивание.
й с блокировкоЙ, размыкающей оперативную цепь ЧУВ
ствительиоrо J<..омплекта; 6 с блокировкой, размыкающей
оперативную цепь и шуитирующей ТОКОВУЮ цепь защиты.
с пикаl\ПI этоrо тока. В результате этоrо уменьшается /С.3 и повы
шается чувствительность защиты. Замедление защиты не ухудшаЕ:Т
ее качеств, доскольку максимальные значения токов заI\"1ыкания
на зеМJIЮ qrраничены: они обычно не превосходят 20 40 а и MorYT
поэтому допускаТЬСfi в течение нескольких секунд. (рис. 15 14).
r р у б о е т о к о в о е р е л е 2 устанавливается для действия
при двойных замыканиях на землю (одном в reиераторе и вто"
ром В сети), коrда чувствительное реле 1 выводится из работы
блокировкой. Реле 2 отстраивается от токов небаланса при J3нешних
к. з. И действует на отключение без выдержки времени.
Обмотка подмаrничивания ТНП питается от трансформатора
напряжения reHepaTopa. При обрыве этой цепи защита заrрубляется
1 Опыт эксплуатаuии показывает, что блаrодаря весьма малым токам не а
баланса в кабельных ТНП блокировка может не ПРИ1\lеняться.
450
и мо}кет отказать при повре}кдениях с малым током замыкания. Д.пя
контроля этой цепи мо}кет предусматриваться реле, подающее сиr
нал при исчезновении тока в ero обмотке (на рис. 15 24 не пока
зано).
Б л о к и р о в к а реле 1 осуществляется с помощью промежу-
точноrо реле 3, которое пускается от токовых реле защиты reHepaTO-
ра от внешних к. з. При своем действии реле 3 разрывает оператив
ную цепь реле 1, выводя ero из действия. На рис. 15 24,б показан
второй вариант блокировки; здесь реле 3 разрывает оперативную
цепь реле 1 И, I{pOMe Toro, для обеспечения надежноrо возврата чув
ствительноrо реле 1 шунтирует ero обмотку. Такой способ блокиров
ки позволяет выбирать уставку
реле без учета коэффициента
возврата реле 1, что повышает
чувствительность последнеrо (см.
Dыбор уставок).
При шунтировании токовой
обмотки реле 1 сопротивление
вторичной цепи ТНП умень-
шается. В результате этоrо рез
ко возрастает ток небаланса, от
KOToporo мо}кет сработать rpy
бое токовое реле 2. ПОСI\ОЛЬКУ
реле 2 предназначено для дей-
ствия при двойном замыкании
на землю, ero блокировка при
к. з. недопустима. Для преду
пре}кдения ложноrо действия
реле 2от 1 нб, появляющеrося при
шунти ровании обмотки реле 1,
необходимо или выбрать 1 с.р реле 2 больше повышенноrо 1 нб, или
ввести при действии блокировки в токовую цепь защиты СОПрО-
тив.пение Zдоп, равное сопротивлению реле 1, блаrодаря чему co
противление цепи, а следоватеcl'1ЬНО, и 1 нб остаются неизменными.
Ввод ZДОl1 осуществляется контактом реле 3, как показано на схеме
пунктиром.
Выбор уставок чувствительноrо комплекта защиты [л. 2]. Пер
вичный TOI{ срабатывания TOKoBoro реле 1 выбирается из усло
вия недеЙствия защиты при повреждениях Ене reHepaTopa
(в сети).
Наиболее тяжелым случаем, nринимаемым для расчета, является
замыкание на зеМЛЮ одной фаЗbl сети ( в К 1) при одновременном К. з.
/f1ежду двумя дру ими фазами в К 2 (рис. 15 25).
В этом случае в реле 1 появляются бросок eMKOCTHoro тока reH
ратора 1 Cr, обусловленный замыканием на землю, и ток небаланса
Iнб, вызванный токами к. З., протекающими через ТНП от reHepaтo
ра к месту повреждения. Если блокировка, выводящая чувсrвитель
вый комплект защиты, размыкает только ее оперативную цепь,
15*
В!
к,
А
R
С
r
11(
l н
........
82
1,.
н
А
8
С
/(2
Ir
-:- ICr О
Рис. 15 25. Расчетный ВИД поврежде
ния при выборе уставок защиты от
замыкания на землю.
451
то токовое реле I может замкнуть свои контакты под действием
появившихся в нем токов / СС и / нб.
После отключения к. з. блокировка возвращается, BOCCTaHaB
ливая оперативную цепь, и поэтому необходимо обеспечить возврат
реле 1 при прохождении по нему оставшихся токов / Cr + / нб.
Ток / Cr обусловлен оставшимся замыканием на землю (в точке K t ),
а ток / нб протеканием через ТНП токов наrрузки reHepaTopa
/ н. Вследствие самозапуска двиrателей, происходящеro при BOCCTa
новлении напряжения в сети, ток / н может иметь повышенное зна
чение.
Исходя из сказанноrо, / С.3 выбирается из условия в о з в р а т а
р е л е 1 при прохождении по нему тока / р == 1 Cr + / нб.
С учетом коэффициента возврата k воз и соответствующих коэффи
uиентов надежности
1 С.3 :::: k (k / Cr + k / нб(бл», (15 17)
воз
rде 1 СС установившееся значение eMKoCТHoro тока reHepaTopa
при «земле» В сети (см. табл. 15 4); k коэффициент, учитываю
щий бросок eMKOCTHoro тока в неустановившемся режиме; при Ha
личии выдержки времени t == 0,5 -7 1 сек k == 2 -7 3; /lIб(бл) ток
небаланса при TOI{e наrрузки reHepaTopa в послеаварийном режиме,
в худшем случае ток / нае равен току возврата блокировки;
k коэффициент надежности, учитывающий неточность расчета
/нб, принимается равным 1,3 1,5.
В схемах с блокировкой, ШУНТИРУlOщей токовую цепь защиты
(рис. 15 24, 6), возврат чувствительноrо реле обеспечивается шунти
ровкой, при которой ток / р снижается до нуля.
В этом случае ток срабатывания выбирается из условия н е Д е й
с т в и я р е л е от тока / р =::; / Се + / нб, появляющеrося в нем
после отключения к. з. в сети К 2 и дешунтирования обмотки реле 1:
/ С. 3 == k / Сс + k / нб(бл) , . (l5 1 В)
rде /Cr, /нб(бл), k , k; то же, что и в (15 17).
Из сопоставления (15 17) и (15 lB) видно, что /с.3 при блоки
..
ровке, шунтирующеи токовую цепь реле, получается меньше, чем
/ С.3 по (15 17).
Т о к н е б а л а н с а /нб(бл) в (l5 17) и (15 lB) отнесен к первич
ной цепи ТНП. ДЛЯ ero опреде'ления находится вторичный ток He
баланса / нб(в), проходящий по реле, который затем пересчитывается
на первичную сторону ТНП.
Соrласно выражению (15 16) JнБП!l == Jиб.неС(ВI + Jнб.подмrВI. Обе COCTaB
ляющие I нб.иеСfВI И 'нб.подм (в) определяются по формулам, рассмотренным в
(л. 2], соrласно которым .
/ kE иеб. нес. ном .
нб. нес (в) Z + z '
р э. нам. в
J Е неб. подм
иб. ПОДМIВ) == z '
р
(l5 19)
(15 19a)
452
...
[де Енб.нес.ном Бнб.нес при номинальном токе ТНП; k. отношение тока к. Зо
(при котором определяется 1 иб) к номинальному току ТНП; Zp сопротивление
обмотки реле; Zэ. нам. в сопротивление ветви намаrничивания в схеме замеще
ния ТНП, отнесенное к вторичной обмотке. qисловые значения Енб, Zp' Zэ.нам.о
даются заводом и приведены в [л. 2].
Полный вторичный ток небаланса
1 kE нб. нес. 110м
нбlВJ +
Zp Z9oH8M.B
+ Е нб. подм
Z .
Р
(15 20)
Сопротивление намаrничивания равно отношению Е 2 ТНП к I нам , т. е.
Z9.HaM. в == Е 2 /1 нам и может определяться по кривой на рис. 15 21. Величина
Zэ.нам. в зависнт от степени подмаrничивания ТНП, она уменьшается с уменьше
нием тока подмаrничивания. Поэтому для определения максимальноro небаланса
ток 1 нбlВ/ определяется для двух случаев при наличии подмаrничивания по
(15-20) и при ero отсутствии. В последнем случае Енб.подм и Zэонам.в равны нулю
и выражение (l5 20) принимает вид:
1 kEнб.пес.иом
пб(ВI === Z о
р
За расчетный lпб{ВJ принимается большее из двух значений (15 20) и (15 20a).
По найденному 1 нб{в/ можно вычислить первичный ток небаланса, определив
связь между первичным и вторичиым токами ТНП.
Эrа связь находится из GxeMbl замещения ТНП (рис. 15 22, 6). Из этой схемы
следует, что 1" === I в + IllaM' Зная сопротивления ветвей, по которым замыкаются
1" и I в , И учитывая, что токи распределяются обратно пропорuионально сопро
тивлению ветвей, получаем:
(15-20з)
1 Zp + Zэ.пам.в 1 W 1
п ::::: В в, rде принято, что W" == .
29. пам. в
При оптимальных условиях работы ТНП zp ==: Zэопам.во В этом случае 1 п ==
== 2w B / B . Пользуясь этим соотношением, находим, что lнб.п == 2w в / н б{в'.
ТОК срабатывания rрубоrо TOKoBoro реле 2 должен быть таким,
чтобы реле не l\-Ior ло подействовать от броска eMKocTHoro тока при
замыканиях на землю в сети и тока небаланса при внешних к. 3.,
В наиболее тяжелом расчетном случае, приведенном на рис. 15 25.
Для этоrо необходимо выполнить условие:
J со 32 > J р. маКС == k J с + k J пб о К. З..
На основании анализа и опыта эксплуатации рекомендуется
принимать первичный ток срабатывания 1 С.32 == 100 а. При этом
rpy oe токовое реле с большим запасом отстраивается от 1 р.макс'
. u
r) Повышение чувствительности защиты от замыкании на
землю
На мощных reHepaTopax (50 тыс. квт и больше) защита получается rрубой за
счет большой величины емКОсти обмоток reHepaTopa. Чувствительность защиты
может быть повышена или путем применеиия направленных реле, не действующих
от eMKOCТHOrO тока reHepaTopa, протекающеrо через ТНП при внешнем замыкаиии
на землю, или путем компенсаuии eMKocTHOro тока reHepaTopa. В обоих случа ях
необходимость заrрубления защиты llля отстройки от eMKocTHoro тока reHepaTopa
отпа.а.ает.
453
Один из вариантов схемы защиты с компенсацией eMKocTHorO тока reHepaTopa
изображен на рис. 15-26.
Компенсирующая обмотка 1 питается от трансформатора напряжения 2.
Величина конденсатора С подобрана с таким расчетом, чтобы ток в КОi\шенсируЮ е
щей обмотке был равен емкостному току
{'енератора при внешнем замыкании и
противоположен ему по знаку. Тоrда ток
в компенсирующей обмотке при внешнем
замыкании на землю ко:vшенсирует eMKO
стный ток reHepaTopa, а при попреЖдении
в reHepaTope действует соrласно с ТОКО!'.I
повреждения и повышает чувствитель.
НОСтЬ защиты. Подобные схемы еще HeДO
статочно Проверены на практике.
l'
2
д) о lJ.eHKa защит с Т Н П
\
Разработанные в СССР TOKO
вые защиты С трансформаторами
тока нулевой последовательности
с подмаrничиванием отличаются
простотой и высокой чувствитель
ностью. Опыт ЭКСПll1уатации их дал
весьма положительные результаты.
Нуждается в дальнейшей разра
ботке вопрос об отстройке защиты от бросков el\IKOCTHOro тока при
замыканиях на землю вне reHepaTopa.
Рис. 15 26. Схема защиты от за
мыканий на землю с ко:\шенсацией
eMKocTHoro тока reHepaTopa.
15 5. ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ ПРИ ВНЕШНИХ К. з. И ПЕРЕfРУЗКАХ
а) Назначение и виды защит от внешних К. 3.
Защита reHepaTopoB от внешних К. з. служит для отключения
reHepaTopoB при повреждениях на сборных шинах электростанции
или на отходящих от них присоединениях-.
НОрl\1ально указанные К. з. отключаются защитой поврежденных
элементов (т. е. шин или линий и трансформаторов), поэтому защита
на reHepaTopax от внешних к. з. является резервной и р аботает
тОлько в случае отказа защиты или выключателей этих элементов.
В тех случаях, коrда сборные шины reHepaTopHoro напряжения
не имеют специальной защиты, защита reHepaTopa от внешних к. з.
служит основной защитой reHepaTopa от IIоврелщений на шинах и
резервной при повреждении на присоединениях.
Защита от внешних к. з. Д О П о л н и т е л ь н о используется
для резервирования дифференциальной защиты reHepaTopa при меж
дуфазных к. з. в нем.
Таким образом, в зону действия заLцитbl от внешних к. з. должны
входить: ceHepamOPI сборные шиНbl и отходящие от них присоединенuя.
Выполняя функции резервной защитЫ reHepaTopa, защита от
внешних к. з. должна действовать на отключение reHepaTopa и Аrп.
4()<1
/
К защите от внешних к. 3. предъявляется одно очень важное
требование она не должна работать при переrрузках и качания.х..
При несоблюдении этоrо условия MorYT происходить массовые
отключения reHepaTopoB при неопасных для ни.х переrрузках и
качаниях, что приводит к дефициту rенераторной мощности и тя-
желым авариям в энерrосистемах.
В соответствии с поставленными требеваниями в качестве за
щиты reHepaTopoB от внешних к. з. в настоящее время применяются
максимальные токовые защитЫ с блокировкой (или пуском) Ofn реле
напряжения и фильтровая защита (реаrирующая на ток 12) с допол-
ните"lЬНОЙ приставкой, действующей при трехфазных поврежде-
ниях.
П рОСfnая максимальная токовая защиfnа (без блокирующих реле
напряжения) реazирушn На кратковременные и неопасные nереzрузки
и поЭfnОМУ не должна примеНЯfnЬСЯ на ёeHepamopax 1 ОfnКЛlОчение
КOfnорых при переzрузках и качаниях недопУС1nимо.
б) Максимальная защита с блокировкой (пуском) по напряже
нию
Защита выполняется в двух вариантах: с блокировкой, осуще
ствляемой с помощью трех реле минимальноrо напряжения Н
(рис. 15-27), и с блокировкой, выполненной по комбинированной
схеме, состоящей из реле напряжения обратной последовательности
Н 2 и одноrо реле минимальноrо напряжения Н, включенноrо на
линеt'tное напряжение (рис. 15 28).
В обеих схемах токовые реле Т питаются от трансформаторов
тока, расположенных на нулевых выводах reHepaTopa. При таком
подключении максимальная защита не только реаrирует на внешние
к. з., но И резервирует дифференциальную защиту reHepaTopa.
действуя от тока reHcpaтopa при повреждении в нем.
Включение токовых реле на трансформаторы тока со стороны
шинных выводов reHepaTopa нецелесообразно с точки зрения защиты
caMoro reHepaTopa. В этом случае при повреждении в обмотках reHe-
ратора защита действует только при наличии тока из сети. Если
ток со стороны сети отсутствует (из-за отсутствия параллельно
работающих reHepaTopoB или связи с системой) или прекратился
вследствие отключения связи с друrими rенераторами раньше, чем
сработала максимальная защита поврежденноrо reHepaTopa, то она
не сможет подействовать и не ликвидирует повреждения в reHepaTope.
аксимальная защита может устанавливаться только на двух
фазах. Однако по соображениям повышения надежности и чувстви-
тельности ее устанавливают на трех фазах. Токовые реле применя
ются MrHoBeHHbIe. Индукционные реле с зависимой характеристикой
MorYT срабатывать при качаниях, так как они суммируют импульсы
тока качаний, не успевая возвращаться в промежутках между ними.
Поэтому зависимые реле в максимальной защите reHepaTopa не при '
меняются.
455
Реле минимальноrо напряжения питаются от reHepaTopHoro
трансформатора наПрЯ1Кения. ,
Питание от трансформаторов наПрЯ1Кения на шинах станции не
..
применяется, так как при этом защита не деиствует при повреждении
на отключенном от шин reHepaTope.
Реле наПрЯ1Кения Н включаются на междуфазные напряжения
для большей чувствительности при ме)КДуфазных к. з. Для обеспе-
чения действия блокировки при двухфазных к. э. необходимо yc
танавливать три реле наПрЯ1КенИя (рис. 15 27).
+
D
+
Сиенил +
i 110 IiлокироВку
В защит!)! от 30М
2 НО землю
+
11
н
н
11
Рис. 15.27. Схема максимальной токовой защиты с блокировкой
(пуском) минимальноrо напряжения.
в обеих схемах блокировка по наПРЯ1Кению служит для исклю"
чения действия защиты при переrрузках.
В схеме на рис. 15 27 при к. з. вследствие возрастания тока и сни
жения наПрЯ1Кения работают как реле Т 1 , так и pe e Н и sащита
действует с ВЫДер1ККОЙ, установленной на реле времени В 1 на от-
ключение reHepaTopa и Аrп. При переrрузках, не сопровождаю-
щихея ПОНИ1Кением наПРЯ1Кения, реле Н не действует, чем предотвра-
шается нежелательная в этих случаях работа защиты.
В схеме на рис. 15 28 реле минимальноrо напряжения Н пи..
тается ме}кдуфазным наПРЯ1Кением через нормально замкнутые KOH
такты реле Н 2 . Реле Н 2 включено через фильтр обратной последова-
тельности на наПРЯ1Кение U 2' При несимметричных к. з. появляется
иаПРЯ1Кение и 2 и реле Н 2 срабатывает, снимая наПРЯ1Кение с реле Н.
Последнее замыкает свои контакты и разрешает токовым реле подей
ствовать на отключения. При симметричном к. з. реле Н 2 размы-
кает свои контакты кратковременно. Реле Н успевает сработать, 110
456
затем после исчезновения несимметрии и возврата Н 2 поведение реле
Н будет зависеть от уровня остаточноrо напряжения U к на ero за
жимах..
Если и к < U ВОЗ реле Н, то оно останется в сработанном состоя
нии и разрешит действовать защите. Если же U к > U ВОЗ, то реле Н
возвратится и защита не сможет подействовать. Таким образом,
чувствительность блокировки при симметричных к. з. определяется
не U С.Р' а U ВОЗ реле Н. Поскольку U ВОЗ < U С.Р на 1 o 15 %, то, сле
довательно, схема с комбинированным пуском при трехфазных к. з.
чувствительнее, чем схема с обычной блокировкой на рис. 15 27.
А
С'12нал
....
....
Рис. 15 28. Схема максимальной токовой защиты с комбиниро-
ванным пуском по напряжению.
При несимметричных к. з. схема с реле Н 2 также чувствительнее
обычной схемы за счет большей чувствительности реле Н 2 по cpaB
нению с реле Н.
При симметричных переrрузках реле Н 2 и Н не действуют,
запрещая работать защите.
у ставки защиты. Т о к с р а б а т ы в а н и я т о к о в ы х
р е л е в схемах максимальных защит с пуском по напряжению
. выбирается из условия их возврата при номинальном токе reHe..
ратора:
1 kзап 1
..... с.з == k HOM.r.
ВОЗ
(15 21 )
Коэффициент запаса k зnп обычно принимается равным 1, 1 1,2.
Напряжение срабатывания реле Мини-
м а л ь н о r о н а п р я ж е н и я Н, включенноrо на междуфаз..
ное напряжение, в обеих 'схемах выбирается из следующих сообра-
жении.
Реле минимальноrо напряжения должны УДОВ.J1етворять двум
условиям
457
а) возвращаться при минимальном уровне рабочеrо напряжения
Uраб.мин после отключения К. з. в сети, для чеrо необходимо вы...
брать:
u Uраб.мин
С. s k k '
н воз
(15 22)
rде k H коэффициент запаса, принимаемый равным 1, 1 1,2;
Uраб.мин == О,95и раб.норм;
б) не действовать при понижении напряжения на зажимах reHe
ратора, вызванном самозапуском двиrателей или асинхронным ре..
жимом работы reHepaTopa, имеющим место при потере возбуждения.
Расчеты и опыты показывают, что в обоих случаях напряжение
мо)кет понижаться До (0,65 + 0,7)Uраб.нормо Для исключения дей
ствия реле в этих условиях необходимо иметь:
U с . з === (0,6+0,5) Uраб.норм' (15 22a)
JT словие п. «б» является определяющим, поэтому и с.э выбирают
по (15-22а). Нацряжение срабатывания реле орратной
последовательности Н 2 В схеме с комбинированным пуском выби-
рается из условия отстройки от напряжения небаланса на выходе
фильтра. На основе опыта эксплуатации принимается:
U С. З2 == О, 06и раб. норМ о (15 22б)
Чувствительность защиты
и напряжению при К. з. Н а ш и н а х и в
у ч а с т ({ а cor ласно выражениям:
по току
проверяется по току
конце BToporo
k 1 коз.мнн .
Ч
1 с.з '
(15 23)
по напряжению для реле Н в схеме по рис. 15 27
k U с . з
Ч U '
к. зо макс
(15 24)
rде и к.з.макс наибольшее остаточное напряжение при двухфазном
к. з. в конце BToporo участка.
Для реле Н в схеме с комбинированным пуском чувствительность
проверяется по U воз при трехфазных к. З., так как при двухфазных
к. з. работает реле Н 2 , а при трехфазных оно в первый момент
к. з. СНИl\Iает напряжение с реле Н и дальнейшее. поведение реле Н
определяется и воз этоrо реле. С учетом сказанноrо
k u БОЗ
Ч U
К. з. макс'
(15 24a)
для ре.не Н 2
k U2КоЗ.МИН
Ч U
С. з2
(l5 24б)
453
rде и 2К.3.МИН наименьшее напряжение обратноЙ последователь-
ности при двухфазном к. з. В конце BToporo участка.
В ы Д е р ж к а в р е м е н и. По условию селективности. Вр.ei\IЯ
действия защиты не должно быть меньше
t == t прис + дr,
15 25)
rде f прис наибольшая выдержка времени на защите присоеДlIне-
ний, питающихся от reHepaTopHbIx шин.
При выборе уставки по времени необходимо учитывать большую
ответственность reHepaTopoB, являющихся источниками питания,
и отсутствие необходимости в быстром отключении [енераторов
при внешних к. з. ПО условиям работы caMoro reHepaTopa. В то )ке
время необходимо считаться с тем, что процесс восстановления Ha
пряжения на reHepaTopax и снижение их токов наrрузки во время
тя)келых аварий MorYT проходить относительно медленно. Для пред
отвращения преждевременноrо отключения reHepaTopoB в подобных
режимах, Коrда пусковые реле защиты MoryT возвращаться не сразу
после отключения к. З., выдержка времени на максимальной защите
reHepaTopoB выбирается порядка 5 8 сек. Повышение t з улучшает
u u
также отстроику защиты от качании.
В). Токовая защита от симметричной переrрузки
На электростанциях, имеющих постоянный дежурный персонал,
'"
защита от переrрузки должна деиствовать на сиrнал и выполняться
по CXel\Ie, приведенной на рис. 15 27 и 15 28.
Переrрузка, как правило, является симметричным режимом.
Поэтому защита от переrрузки выполняется при помощи одноrо тo
KOBoro реле Т 2 '1 включенноrо в одну из фаз reHepaTopa. Срабаты
вая, оно действует на реле времени 82'1 которое подает сиrнал.
Поскольку переrрузка может продолжаться длительно, реле Bpe
мени 82 должно быть термически устойчивым. Ток срабатывания
TOKoBoro реле Т 2 выбирается по выражению (15 9). Для повышения
чувствительности R' переrрузкам k зап применяется раВНЫ!\-1 1,05.
Выдержка времени на реле времени выбирается несколько бо.пь
шей, чем на защите от внешних к. З., С тем чтобы защита от пере
rрузки не давала сиrналов при внешних к. з., отключаемых за
...
щитои.
На электростаНllИЯХ без постоянноrо дежурноrо персона.па
максимальная токовая защита от переrрузки должна выполняться
u u
с двумя выдержками времени и деиствовать: с меньшеи на cIIr
нал и снижение возбу)кдения, а с большей на отключение ВЫI{ЛЮ
чателя и Аrп. .
Для мощных reHepaTopoB ведется разработка защиты с незави
u u
симои характеристикои, соответствующеи тепловои характеристике
reHepaTopa. Такую защиту следует выполнять с действием на ОТJ{ЛЮ.
чение.
459
r) Токовая заIЦита обратной последовательности
Назначение, требование и принци" действия. Как указывалось
в Э 15 1, б, несимметрия токов в статоре является опасным режимом
для reHepaTopOB, особенно для reHepaTopoB с форсированным ox
лаждением. -Подобные несимметрии возникают при внешних ДBYX
фазных и однофазных к. з. и В режиме наrрузки, при обрыве одной
или двух фаз, например вследствие обрыва провода на линии элек
тропередачи или недовключения фаз выключателя. Повышенный
ток при неотключившихся внешних несимметричных к. з. наrрев;з.ет
статор reHepaTopa, а токи обратной последовательности, появля
щиеся при несимметричных внешних к. з. и наrрузках, индуктируют
..
в роторе вихревые токи, вызывающие опасныи HarpeB металлических
частей и обмотки последнеrо (см. Э 15 1 t б).
Вследствие недостаточной чувствительности максимальной за
щиты к несимметричным внешним к. з. И недействия ее при
несимметричных наrрузках разработана и применяется токовая
защита обратной последовательности, реаrирующая на появление
тока 12' Эта защита выполняет функции двух защит: 1) защиты
от чрезмерноrо HarpeBa ротора reHepaTopa при несимметричных
к. з. и наrрузках и 2) резервной защиты статора при несимметричных
внешних к. з.? а также при к. з. В самом reHepaTope в случае отказа
ero дифференциальной защиты.
В первом СЛУlIае защита должна удовлетворять двум условиям:
. во.первых, она должна срабатывать при 1 2? превышающем макси
мальный длительно допустимый ток 12доп.маl<С по условию HarpeBa
ротора, для чеrо необходимо иметь:
1 С.З 12длит.доп.маI<С'
(15 26)
И, O.BTOPЫX, должна иметь ВЫДержку времени
tз t доп или tз==kнtдоп, . (15 26a)
rде t доп время, в течение KOToporo ротор при данном значении 12
наrревается до предельной температуры, определяется по тепловой
характеристике ротора из уравнения (15 la); k H коэффициент
надежности, принимаемый равным O,9 1.
Во втором случае (в качестве резервной защиты статора) защита
обратной последовательности должна иметь чувствительность, д()
статочную для отключения несимметричных к. 3. В конце зоны
.. о..
резервирования, и деиствовать с наименьшеи выдержКОИ времени,
обеспечивающей селективность.
Указанные требования можно выразить следующими соотноше.
ниями:
t з == t л + f3.t,
(15 26б)
(15 26B)
J < 1 .
С З 21<. з.мин,
rде 12К.з.мин минимальный ток обратной последовательности в re
нераторе при К. 3. В КОНце самой длинной линии, отходящей от шин
460
электростанции; t л выдеРЖI{а времени защиты линий, отходя
щих от шин электростанции.
Характеристика реле. Наилучшим способом защиты ротора от
HarpeBa токами обратной последовательности является защита с
з а в и с и м о й от тока 12 характеристикой t з === f (1 2)' COOTBeтCTBY
ющей тепловой характеристике ротора по уравнению (15 la). Oт
вечающая этому условию характеристика защиты
А
/3 === k и / доп == k и / 2
показана пунктиром на рис. 15 29.
Защита с зависимой характеристикой 1 позволяет полностью
использовать переrрузочные возможности reHepaTopa, что является
ее rлавным достоинством. Однако
6
просто и И сериино выпускаемои
конструкции реле с зависимои xa
рактеРИСТИI{ОЙ в Советском Союзе
пока еще нет. и поэтому на прак
T Ke применяется защита обратной
последовательности со ступенчато..
зависимоЙ' ха рактер истикой 2 (р ис.
15 29). Как видно из рис. 15 29, He
зависимая защита не позволяет
полностью использовать переrру
зочные возможности reHepaTopa
и отключает ero раньше, чем это
допустимо по условию. HarpeBa,
что является ее существенныIM не..
достатком. Ниже рассмотрены об..
щие принципы выполнения обеих
защит.
Токовая заLЦита обратной последовательности с зависимой xa
рактеристикой. Все разновидности этой защиты (рис. 15 30) состоят
из трех токовых реле Т l' Т 2, Т 3, питающихся током 12 от фильтра
обратной последовательности Ф2.
р е л е Т 1 действует на сиrнал, предупреждая дежурный перс
нал о появлении опа.сных токов 12 > 12длит.доп.макс-
Сиrнальное реле предназначено для работы при малых кратно-
стях тока 12' которые MorYT допускаться по условиям иаrрева ротора
в течение 2 .мин и более. Предполаrается, что за это время (2 .мин
и более) дежурный персонал может принять меры к устранению
несимметрии, а при отсутствии такои возможности своевременно
отключить reHepaTop. По тепловОЙ характеристике ротора (рис. lБ 2)
можно установить, что t доп > 2.мин имеет место в начальной части
характеристики в диапазоне токов. от 12макс.длит до (0,4 +\Ot 6 ) 1 НОМ.Р
ТОК срабатывания реле Т 1 ,отстраивается от 12ДЛИТ.ДОI1.макс С учетом
k воз реле, Т. е.
( 15-27)
t
tjJQn 1t:S
t J = ' н tuO/J
ДS3':rf/JОЭНО Но".
с
Iт
2
Рис. 15 29. Зависимая и ступенча-
тая характеристика выдержки вре-
мени защиты обратной последова
тельности reHepaTopa.
1 С. sI ===
I,О512ДЛИТ. доп. макс
k воз
.
(15 28)
"..
461
Выдержка времени 1, выбирается так, чтобы сиrнализация не
действовала при к. з. В сети, но была не больше 5 6 сек с тем, чтобы
дежурный имел возможно больше времени для проведения опера
ций по ликвидации несимметрии.
р е л е Т 2 является защитой ротора от несимметричных режимов
с такими токами 12' при которых ручная ликвидация несимметрии
невозмо)кн , так как требуется быстрое отключение reHepaTopa
с t < 2 МИН. ЭТО реле должно иметь зависимую характеристику
соrласно уравнению (15 27) и должно действовать при токах 12'
КОТОрЫl\l соответствует по тепловой характеристике ротора iд()п
+
+
t(ceK)
Ве т Вt прцс
l
ZH
..
120"
t{ е.т
/2 1
Ic.pJ 'с.рО lC.рШ 12
Ф2 б)
11
а)
Рис. 15 30. Токовая защита обратной последовательности с зависимой
от тока /2 характеристикой.
а схе1\1а; 6 характеристика tз::::оо f (/2)'
< 2 лtин. ОтвечаЮlI ИЙ этому условию ток находится из уравнения
(15 1), если принять в нем t доп == 2 .м,ин (120 сек):
, 1 С. аН == ... / t А ==... / I O . (1 p 28a)
JI доп JI
р е л е Тз служит резервной заlI ИТОЙ от н е о т к л ю ч и в -
ш и х с я несимметричных к. з. внешних или в reHepaTope. reHepa
тор в этих случаях следует отключать, не дожидаясь, коrда исте.
чет допустимое время i доп по условию HarpeBa статора и ротора.
Реле ТЗ действует на отключение reHepaTopa и Аrп с независи.
мой от тока /2 В:{,Iдержкой времени t lI [, создаваемой реле времени 8з
(рис. 15 30, а). Ток срабатывания реле ТЗ выбирается так, чтобы оао
наде)кно действовало при несимметричных к. з. в конце зоны резер.
вирования, Т. е. 1 с.зlll < 12К.МИН. Выдержка времени t({l выби.
рается из двух условий:
462
1) селективности с защитаl\Ш: присоединений, отходящих от шин
электростанции, tПI :::::: t прис + дt;
2) соrласования с t доп по тепловой характеристике ротора при
наибольшем значении 12к.макс В случае двухфазноrо к. з. на выводах
reHepaTopa (точка К на рис. 15 30, 6); tПJ t доп при 12к.макс.
Второе условие является обязательным.
Характеристика времени действия рассмотренной защиты при..
ведена на рис. 15 30, б.
Принципы выполнения зависимых токовых реле 12. В Совет..
ском Союзе разрабатываются конструкции зависимых реле, реа..
rирующих на величину 1;2t, косвенно характеризующую коли..
чество тепла, выделенное в роторе при прохождении тока 12 в ста..
торе за время t.
Поскольку величина тока 12 во время несимметричноrо режима
может изменяться, то для правильноrо определения допустимоrо
времени t доп заВИСИl\Iое реле должно суммировать величины l (t)t
в каждый момент времени или, иначе rоворя, осуществлять интеr
t t
рирование I и) dt. Реле должно срабатывать, коrда I щ dt === А,
о ..; о
т. е. коrда количество тепла, обусловленное током 12' достиrнет
значения Qпред == А, при котором температура наиболее HarpeToro
элемента ротора повысится до предельно допустимоrо значения.
Характеристика реле t з === f (/2)' учитывающая процесс на2рева
роmoра при uзмеflЯющемся значении 12, называется и н т е r р а ль..
н ой.
При исчезновении 12 вследствие ликвидации несимметричноrо
режима процесс возврата реле в начальное состояние должен соот"
ветствовать процессу остывания ротора reHepaTopa.
Наиболее удачными являются конструкция на маrнитных эле..
ментах с прямоуrольной характеристикой намаrничивания, пред"
ложенная ВНИИЭ [л. 93], и реле, разработанные Энерrосетьпро"
ектом и ЧЭТНИИ на полупроводниках с использованием для по
лучения интеrрально зависимоЙ характеристики процесса заряда
и разряда конденсатора [л. 94]. Опытная партия реле ПОСJIеднеrо
типа РТФ 6 выпущена ЧЭАЗ. Однако, поскольку оконча
тельной схемы этоrо реле еще нет, ниже рассматриваются основные
принципы выполнения аналоrичноrо реле, разработанноrо Энерrо
сетьпроектом. Упрощенная структурная схема этоrо реле показана
на рис. 15 3l, б. Реле состоит из фильтра тока 12 (1); выпрямителя (2');
преобразователя (3), преобразующеrо ток 12 в ток I п === k/ ; инте..
rpaTopa 4, обеспечивающеrо работу реле с выдержкой вреl\Iени, об..
ратно пропорциональной I , с учетом меняющеrося значения тока
12; исполните Т"lьноrо opraHa 5, подающеrо импульс на отклю"
чение.
Интеrратор. В качестве интеrратора испол уется конденсатор С
(рис. 15 31, а), процесс заряда Koтoporo во времени происходит по
такому же закону, как и адиабатический иаrрев ротора от тока 12.
463
,
Заряд'конденсатора характеризуется уравнением
t
U с == i: 1 C(t) dt,
о
(l5 29)
rде U с и С напряжение и емкость конденсатора; 1 Си) MrHo
венное значеIIие зарядноrо тока конденсатора; q заряд конден.
t
сатора, равный 1 Си) dt.
о
Из (15 29) получим:
t
UсС == 1 Си) dt.
о
(15 29a)
Сравнив (l5 29a) с (l5 2), можно сделать вывод, что при UсС==А
и 1 C(t) :::::: l (t) оба выражения идентичны, и поэтому конденсатор
может служить электрической моделью на2рева ротора.
Возможны две схемы интеrратора с конденсатором с: одна основанная на
ero заряде и вторая на разряде. Схема интеrратора с использованием заряда
конденсатора приведена на рис. 15 ЗI. При появлении тока /2 на зажимах тп
возникает напряжение и конденсатор С начинает заряжаться током 1 п = I .
В процессе заряда конденсатора напряжение LFc на ero зажимах тп будет
расти. Реле срабатывает, коrда и с достиrнет значения и с == А. Время, в тече
ние KOToporo и с достиrнет и с , зависит от величины тока I . Чем больше будет
зарядный ток, определяемый величиной I , тем меньше будет времи нарастания
и с до и с , а следовательно, и время действия реле 13: '
В обоих вариантах интеrральноrо opraHa принимаются меры для исключения
влияния на величину тока / л напряжения и с' меняющеrося процессе заряда.
Ток 1 л должен зависетЬ только от величины 12. На время действия. схемы оказы.
вают влияние токи утечек, имеющие место в конденсаторе и зависящие от темпера
туры. Схема с перезарядом конденсатора в меньшей мере подвержена искажаю
щему влиянию токов утечек и поэтому считается лучшей.
Преобразователь. В обоих вариантах ток 1 л == I получается от преобразо
вателя 3. Преобра30вание тока 12 в ТОК 1; может осуществлиться различными спо
собами. Простейшая схема Д и о Д н о r о п р е о б раз о в а т е л я показана на
рис. 15 Зl, а. Как видно из схемы, к диодам преобразователя 3 подводятся ДВа
напряжения: напряжение ил, с потенциометра запирающее диоды, напряжение
U ф == kl 2 от фильтра Ф2' ОТJ<рывающее их. Коrда и ф == о, диоды заперты и ток
преобразователя 1 отсутствует. При ПОЯ,влении 12 возникает и ф . Коrда оно станет
больше напряжения потенциометра между точками А и а, диод Дl открывается и
и ф UА а .
возникает ток / лl == R 1 . При и ф > и A b открываются два диода
Дl и Д2 И т. д. Величина тока / n зависит от числа открывающихся диодов, а по
следнее зависит от величины и ф = /2. Параметры сопротивлений подобраны так,
что при ПО1lВоде к преобразователю тока 12 выходной ток ero 1 л == / . Этим током
и осущ ствляется заряд конденсатора С.
Рассмотренное реле, так же как и р"еле РТФ 6, имеет два ТOKO
вых элемента, работающих на выпрямленном токе 12' получаемом
от выпрямителя 2' . Один элемент 7 сиrнальный, а второй б для за..
щиты от внешних к. з. работает на выносное реле времени. Кроме
Toro, имеется аналоrичным образом выполненное пусковое реле 2, .
464
осуществляющее пуск зависимоrо реле. На рис. 15 31, а показано
одно из этих реле. Блок схема реле из указанных элементов приве
дена на рис. 15-31, б.
t
+
и оn
UФ =K1 2
[п:! [ j
а)
1 2' J S
IA
ОтКА
Iь Ф2
Iс
+
Откл.
С'U2НО.ll
6)
Рис. 15 31. Упрощенная принципиальная схема зависимой
защиты, реаrирующей на 12'
а реле. основанное на заряде конденсатора; б структур-
ная схема защиты.
Ступенчатая заuцита обратной последовательности с независи-
мой характеристикой. Ступенчатая защита рекомендуется к при
менению [л. 103] на reHepaTopax с непосредственным охлаждением
обмоток, пока не появятся достаточно совершенные реле с зависи
мой характеристикой.
465
Схема и характеристика четырехступенчатой защиты показаны
на рис. 15 З2. Три ступени защиты действуют на отключение, чет-
вертая ступень на сиrнал. Каждая ступень имеет пусковое то-
ковое реле (Т 1 , Т2' Тз, Т 4 ) и свое реле времени (В 1 , В2' В з , В 4 ). Пу-
сковые реле питаются от двух фильтров обратной последователь-
ности типа PT 2 и реаrируют на ток '2.
РТФ 2
а)
/(
к, А
t uoп = /2
*2
....
[C.J)
Рис. 15 32. Токовая
защита обратной no
следовательности со
ступенчатой xapaKTe
ристикой с приставкой
ОТ симметричных к. 3.
а схема; б характе-
ристика t :=: f (/2).
Первая ступень (Т 1 , В 1 ) предназначена для отключения к. 3.
на выводах reHepaTopa. Вторая ступень (Т 2 , В 2 ) служит для резер-
вирования отключения несимметричных к. 3. В сети. ТретЬЕ ступень
(Тз, В з ) является защитой ротора от несимметричных режимов
с токами 12' при которых ликвидация несимметрии вручную невоз-
можна, так как допустимое время относительно мало (t доп <2+З.мuн).
Четвертая ступень (Т 4 , В 4 ) работает на сиrнал, предупреждая де-
466
журноrо о появлении несимметрии с 12 > 12длит.доп.маКС8 Характе-
ристика защиты приведена на рис. 15 32, б.
Для блокировки защиты от замыканий на землю reHepaTopa
( 15 4, б) устанавливается пятое реле РТ 40/0,6; оно подключается
дополнительно к одному из фильтров (на рис. 15 32 не показан).
Выбор уставок (рис. 15 32, 6). Исходной для выбора уставок
является тепловая характеристика ротора по выражению (15 la),
в котором величина А принимается по данным завода, COOTBeTCTBeH
но типу reHepaTopa (см. табл. 15 3).
Пер в а я с т у п е н ь. Ток срабатывания первой ступени должен обеспе
чивать ее надежное действие при двухфазных к. з. на выводах reHepaTopa; точка
К на рис. 15 З2, б. В ЭТО:\1 случае наибольший ток обратной последовательности
в reHepaтope будет при работе reHepaTopa изолирован от сети. Величина этоrо
rroKa в относительных единицах
[(21 == 1
*2К х" + х '
d 2
rде x;j сверхпереходное реактивное сопротивление reHepaTopa; Х 2 сопро
rrивление обратной последовательности.
С учетом этоrо
[lf!/
2К
/с.эl == Т'
ч
(15 30)
rде k q коэффициент чувствительности.
Выдержка времени t I не должна превышать допустимоrо времени по условию
HarpeBa ротора при к. з. на ВЫВОllах reHepaTopa. Подставляя в (15-1a) [2* ==
== [22 . макс' получаем:
А
t[ == ,д оп == ( [121 ) 2 .
2К.маКС
.
Если это время не удается соrласовать с защитами присоединений отходя-
. щих от шин электростанций, то необходимо оrраничить зону действия первой CTY
пени, так чтобы она не работала при к. з. за трансформаторами и реакторами 01'"
ходящих линий. Исходя из этоrо, в выражении (15 30) допускается принимать
k ч == 1,2.
В т о р а я с т у П. е н ь. ыдержка времени t II должна равняться t доп при
12* == 1 с . эI (точка 1), т. е.
А
t п == [2
С. э[ *
(15 30a)
Ток срабатывания выбирается из условия достаточной чувствителыюсти для
резервирования защит присоединений, ОТХОllЯЩИХ от rенераторных шин:
[2К
[с. эlI:=: k '
ч
(15 30б)
rlle 1 2к ток обратной последовательности при к. з. В конце зоны (в точке Кд.
Если tIIпо условию О5-30а) мало и не обеспечивает. селективности с защитами
линий, отходящих от шин, то зону действия второй ступени ПРИХОllИТСЯ оrрани"
чить для обеспечения необходимой селективности, уменьшая k ч .
Если '11 > t защит присоединений, отходящих от rенераторных шин. то
/.:;.э. [! выбирается из условия чувствительности при к. з. В конце резервируемой
467
зоны по (15 ЗОб), в котором 1 2к соответствует наименьшему значению тока 121
проходящеrо по reHepaTOpy, при двухфазном к. з. в конце присоединения с наи
большим сопротивленнем. .
т р е т ь я з о н а. Выдержка времени t III выбирается по t доп при 12'*==
== 1 С.З. 1 1 (точка 2):
А
[ПI == [ДОП == .
с.зlI
Ток срабатывания третьей ступени выбиракл, исхоДЯ из ее назначения
Отключать reHepaTop при токах 12' при которых lдоп 2 + 3 /J1ИН. С учетом этоrо
/с .3. 111 == V 1;0 .
Ч е т в е р т а я с т у п е н ь Действует на сиrнал. Защита должна действо-
вать при токе /2 > /2длит.макс.доп' С учетом этоrо J С.3. IV == 12 ДЛJlТ. маКС. ДОП ==
== (0,05 ...;-- 0,1) /HoM.r. Выдержка вреl\lени четвертой ступени t Iv в бирается ми
нимальной, но больше времени отключения к. з. в сети. ОQЫЧНО принимается
[1 V === 5...;-- 9 сек. -
Рассмотренная ступенчатая защита позволяет обеспечить требования к за-
щите от переrрузкн и требования по чувствительности и селективности при внеш
них к. 3. НеДостатком защиты является мноrорелейность, недостаточное исполь-
зование переrрузочной возможности reHepaTopa и неинtеrральность характери
стики, но, несмотря на это, мноrоступенчатая защита яВлЯетсЯ лучшей из практи-
чески осуществимых ва.риантов этой защиты.
На reHepaTopax 60 Мвт и меньшей мощности по соображениям упрощения
применяется двухступенчатая защита. Первая ступень действует на отключение
с t l === eдc при к. з. В точке К на reHepaTopHbIx шинах и срабатывает при токах
/2' .при которых t доп < 2 .'J1ИН, отСЮДа /с.З1 == А/120.Вторая ступень работает на
сиrнал с уставкаl\lИ сиrнальноrо комплекта четырехступенчатой защиты.
Защита от внешних трехфазных К. 3. И симметричных переrру-
30К. Защита обратной последовательности не действует при трех..
фазных к. з. и симметричных переrрузках, поскольку при этом виде
повреждения и ненормальном режиме /2 === о. в связи с этим Д л я
о т к л ю ч е н и я т р е х фаз н ы х к. 3. необходимо преду
сматривать дополнительный комплект защИТ. Он выполняется
в виде однофазной максимальной защиты с блокировкой минималь..
Horo напряжения (рис. 15 32). В дополнительный комплект входят
токовое реле Т ф, включенное на ток одной из фаз, и реле минималь
Horo напряжения Н, включенное на одно из междуфазных напряже..
ний. Оба реле надежно реаrируют на трехфазные к. з., поскольку
изменение тока и напряжения BO Bcex фазах имеет в этом случае оди-
наковый характер. Защита действует с выдержкой времени, для
чеrо предусмотрено реле времени В. Поведение и чувствительность
комплекта и защиты от трехфазных к. з. во всем аналоrичны пове-
дению и чувствительности максимальной защиты, рассмотренной
в 12 2, а.
Для защиты от симметричных переrру-
з о к устанавливается токовое реле Т п в одной фазе соrласно 15-5,в.
Уставки реле комплекта от трехфаз
н ы х к. з. выбираются так же, как и для максимальной защиты
с пуском от реле минимальноrо напряжения.
468
д) Оценка защит от сверхтоков и несимметричных режимов
Максимальная защита с пуском по напряжению является дo
статочно простой защитой от внешнеrо к. з. Она не действует при
переrрузках, не сопровождающихся значительным понижением Ha
пряжения, что является ее положительным свойством. Существен
ным дефектом защиты является недостаточная чувствительность к yдa
ленным и особенно несимметричным к. з. на присоединениях, OT
ходящих от reHepaTopHbJX шин. По своему принципу действия MaK
симальная защита не может реаrировать на несимметричные режи
мы, если они не сопровождаются увеличением токов до Ic.3 И пони
жением напряжения на зажимах reHepaTopa до U с . з . В настоящее
время максимальная защита с пуском по напряжению применяется
на reHepaTopax с косвенным охлаждением мощностью до 30 Мет
включительно, rде не требуется защит от несимметричных режимов.
На reHepaTopax большей мощности она используется в качестве за
щиты от симметричных к. з. в однофазном исполнении (см. 15 5, r).
Наилучшей следут признать схему с комбинированным пуском, KO
торая обладает значительно большей чувствительностью (по напря
жению) при несимметричных к. з. I;I несколько более чувствитель
на к симметричным повреждениям.
На reHepaTopax 60 Мет и больше в качестве защиты от несим
метричных режимов должна применяться токовая защита обратной
последовательности в сочетании с защитой от внешних трехфазных
к. З., выполняемой в виде однофазной приставки. Защита 12 обла
..
дает высокои чувствительностью к несимметричным к. З., не реаrи
рует на наrрузку и качания. Защита обратной последовательности
с зависимой характеристикой обеспечивает достаточно совершенную
защиту ротора от HarpeBa в несимметричных режимах.
15 6. ЗАЩИТА rидроrЕНЕРАТОРОВ ОТ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Выше указывалось, что при сбросе наrрузки на rидроrенерато
рах напряжение на их зажимах резко возрастает и достиrает 150%
номин..альноro и больше. Такое Ha
пряжение опасно для изоляции
статора и должно быть ликвиди
ровано за несколько секунд. При
правильно выбранных параметрах
реrулирования возбуждения и Ha
...
личии спеuиальных устроиств для
быстроrо развозбуждения reHepa
тора повысившееся напряжение
удается снизИть до нормальноro' в
течение допустимоrо времени. Oд l'ис. 15 ЗЗ. Защита от повышения
нако в случае неисправности этих иапряжения rидроrенератора.
устройств повышенное напряжение
останется, создавая опасность повреждения reHepaтopa. Поэтому
на rидроrенераторах устанавливается защита от повышения напря
("v
469
жения (рис. 15 ЗЗ), действующая на отключение выключателя и
Аrп reHepaTopa. Защита состоит из одноrо реле напряжения Н и
реле времени В.
Напряжение срабатывания защиты выбирается равным
U с . з === (l,5+1,7)U иом , поскольку такое напряжение признается
опасным для reHepaTopa даже кратковременно. На реле времени
защиты устанавливается небольшая выдержка в ремени, O,5 1 сек.
Как показыва т опыт, за это время реrулирование возбуждения
успевает снизить повысившееся напряжение до значения, меньшеro
и воз реле Н, что предупреждает срабатывание защиты.
1547. ЗАЩИТА РОТОРА
а) Защита обмотки ротора от замыкания на корпус (на землю)
...
во второи точке
При появлении замыкания на землю в одном месте обмотки ро-
тора турбоrенераторы часто оставляют в работе, поскольку через
место повреждения ток не проходит и напряжение на зажимах ротора
остается нормальным.
Двойное замыкание на землю (рис. 15 З4) представляет опасность
для reHepaTopa, и поэтому по «Правилам электротехнических YCTa
НОВОЮ> при появлении одноrо замыкания на землю на оставленном
в работе reHepaTope должна включаться защита
от BToporo замыкания на землю. Обычно на стаIl
ции имеется один комплект защиты, приспособ
ленный к удобному и оыстрому подсоединеНlIЮ
ero к любому reHepaTopy станции.
Принцип действия защиты от
Bтoporo амыкания на землю показан на рис.
15 З5. Параллельно обмотке ротора включается
потенциометр r п. На потенциометре находится
точка КI, потенциал которой равен потенциалу
места первоrо замыкаFJИЯ в обмотке ротора
(точка К 1 ). 1\1ежду точкой К. и землей включается обмотка TOKO
Boro реле Т.
Схема представляет собой четырехплечий мостик с реле в ero диа-
rонали. При равенстве потенциалов точки повреждения К 1 и точки
потенциометра Ki сопротивления плеч моста удовлеТВОРЯ1QТ УСЛО 4
вию r 1 /r 2 === r 1п lr 2п , при этом ТОК в реле Т равен нулю и защита не
действует. В случае появления BToporo замыкания на землю, на-
пример в точке К2' подобранное соотношение сопротивлений плеч
моста нарушается, вследствие чеrо потенциалы точек К. 11 К 1 ста-
НОВЯТСЯ неравными и в диаrонали моста (в реле) появляется ток,
величина KOToporo зависит от степени небаланса плеч. Е 1И ток
в реле 1 р > 1 с.р' то защита приходит в действие.
Чем дальше от точки К 1 возникает второе повреждение К 2 ,
тем БОlilьше будет ток в реле. Защита Иi\lееТ м е р т в у ю 3 О ну,
Рис. 15 34. 3a;\1Ы
кание на землю об
мотки ротора в двух
точках.
470
расположенную вблизи точки К 1 (между точками а и 6). Если вто-
рое замыкание (К 2) окажется в пределах этой зоны, то ток [р будет
меньше 1 С.р и защита не сможет действовать.
Точка Ki на потенциометре защиты находится
опытным путем по милливольтметру постоянноrо
тока, 'который измеряет напряжение на обмотке
реле Т. Движок потенциометра передвиrается
до тех пор, пока показание вольтметра не CTa
нет равным нулю, что указывает на баланси-
ровку плеч и отсутствие тока 1 р.
Принципиальная схема за-
щ и т ы показана на рис. 15 36. При замыка-
...
нии на землю в о Д н о и т о ч к е, даже при
наличии баланса плеч, через реле непрерывно
протекает переменный ток [' , обусловленный
неравномерностью воздушноrо зазора между
статором и ротором. Вследствие этой неравно-
мерности величина маrнитноrо потока, пронизы
вающеrо обмотку ротора, пульсирует при Bpa
щении ротора. Эта пульсация . потока вызывает
в обмотке ротора э. д. с., обусловливающую
появление переменноrо тока l' в цепи реле. Под влиянием TO
ка!' реле может срабатывать при отсутствии BToporo замыкания.
Но Сl1шraл
Рис. 15-35. Прин
цип действия за-
щиты обмотки ро-
:тора от замыкания
на землю. в ДВУХ
точках.
110
отнлюvеНUf
Вал ротора
,tJ
11
с
/'
t
2 I
Рис. 15-36. Схема защиты обмотки ротора от замыкания на землю
в JIBYX точках, не реаrирующая на переменную составляющую
тока ротора. "
Для преду реждения неправильной работы защиты последова-
тельно с обмоткой реле включается дроссель 2. Сопротивление дрос-
селя подбирается таким образом, чтобы величина переменноrо тока
471
J' была меньше 1 c. реле. Для постоянноrо тока сопротивление
дросселя мало, и поэтому оно не оказывает существенноrо влияния
на величину этоrо тока.
Для повышения надежности отстройки защиты от переменноrо
тока J' параллельно обмотке реле 1 включается конденсатор С,
через который замыкается большая часть тока !'. При появлении BTO
poro замыкания на землю весь ток повреждения, являющийся по
стоянным, протекает по реле, по
скольку конденсатор не пропус кает
...
постоянныи ток.
Обмотка реле J присоединяется не
непосредственно на землю, а на вал
ротора, поскольку замыкание обмотки
Щетка происходит также не непосредственно
на землю, а на корпус ротора. Для
подсоединения к валу устанавливает
с.я специальная щетка 10. Защита
имеет pe.n:e времени 4, на котором
устанавливается выдержка времени
O,5 1 сек. Замедление защиты преду
преждает ложную работу ее при внеш
них к. з. В сети, а также нежела
тельное действие при неустойчивых
замыканиях- в роторе.
Реле 5 действует на отключение
или подает сиrнал о действии защиты
и шунтирует обмотку реле 1, которая
не рассчитана на длительный ток.
Для удобноrо присоединения lle
пей защиты к поврежденному reHe
ратору устанавливается рубильник 3.
Вольтметр 7 и кнопка 8 служат для
настройки защиты, а кнопка 9 для деблокировки схемы после
срабатывания защиты.
Чувствительность защиты зависит не только от тока срабаты
вания реле 1, но и от сопротивлений реле и потенциометра 6, влияю
щих на величину тока повреждения. ЧеМ меньше их сопротивление,
тем больше ток.в реле и выше чувствительность защиты. Д л я
у м е н ь ш е н и я м е р т в о й з о н ы желательно Иl\lеть воз
можно большую чувствительность защиты. Опыт эксплуатации по
казывает, что при потенциометре с r n == 50+ 100 ом и уставке на ре.пе
50 100 ма защита обладает достаточной для практики ЧУВСТВИ
тельнvстью. Расчет параметров защиты приведен в [Л. 2]. Промыш .
ленность выпускает комплектное устройство КЗР 2, выполненное
по схеме, показанной на рис. 15 37.
Для повышения чувствительности в K3P 2 в качестве реаrИрую
щеrо opraHa вместо реле 1 используются два поляризованных реле
ПР 1 и ПР2. Одно из них действует при токе повреждения, коrда
Ротор
Вол
Р
л
р
д
РЛ
Р8
РВ
РЛ
РЛ
I
.. С/1Енал
.. ОтlU7ючение
Рис. 15 37. Защита ротора от
замыкания на землю в двух точ
ках типа КЗР 2.
472
потенциал точки К 1 больше Ki, а второе при токе обратноrо на-
правления, коrда потенциал точки Ki больше Kl.
О U е н к а 3 а щ и т ы. Недостатками защиты являются воз-
можность неправильноrо действия ее при к. з. В uепи статора,
..
наличие мертвои зоны и непри од;ность схемы в случае, если
первое замыкание на З f\1ЛIQ !!р Оl!ЗО!JlJю н к 6.нiIе'-=QбмоThIL -P Q ,
тора. .. .
Несмотря на несовершенство схемы, она имеет широкое распро-
странение на reHepaTopax ввиду своей простоты. Опыт эксплуатации
показал, что при повреждениях в роторе рассмотренная защита дей
ствует четко.
б) Защита ротора от переrрузки током
Мощные турбоrенераторы 100 Мвт и выше снепосредственным
охлаждением проводников обмоток статора и ротора имеют в отли-
чие от reHepaTopoB малой мощности меньшую переrрузочную СПО-
собность, поэтому при переrрузках ротора, коrда 1 рот > 1 рот, НОМ'
обмотка ротора мощных турбоreнераторов наrревается быстрее и их
тепловая характеристика t д :::::: f (/рот) идет ниже, чем у машин малой
мощности. Так, например, унебольших турбоrенераторов при ДBY
кратном токе в роторе допустимое время t доп 1 мин, в то время как
. для мощных машин типа ТВФ t доп === 30 сек, а дЛЯ ТВВ и TrB 20 сек
(см. табл. 15 3). За такой промежyrок времени (20 30 сек) дежурный
персонал не сможет принять необходимых мер по ликвидации пере
rрузки или отключению reHepaTopa.
В связи с этим для мощных турбоrенераторов необходима авто-
..
матически деиствующая защита ротора от переrрузки erQ током,
предупреждающая повреждение изоляции обмотки ротора от чрез
MepHoro HarpeBa ее повышенным током.
Переrрузка ротора возникает при работе реrулятора или устрой-
ства форсировки возбуждения. Максимальное значение переrрузки
определяется кратностью тока форсировки возбуждения. В Совет-
ском Союзе максимальное значение тока форсировки возбуждения
(<<потолок» возбуждения) принимается равным 2/ рот.ном. ПРОДО.,r).жи-
тельная форсировка, опасная для ротора, может возникнуть при
недостатке реактивной мощности reHepaтopoB для восстановления
нормальноrо напряжения в системе -или при неисправности реrуля-
тора возбуждения reHepaTopa, вызывающей увеличение тока в ро-
торе.
Защита с зависимой от тока выдержкой времени. Наиболее со-
вершенной защитой от переrрузки ротора является токовая защита
с и н т е r р а л ь н о з а в и с и м о й характеристикой t з :::::: f (/ р),
соответствующая переrрузочной характеристике ротора. Опытные
экземп.JlЯРЫ такой защиты типа РЗР l изroтовлены заводом ЧЭАЗ
и проходят эксплуатационную проверку. Защита РЗР 1 выполнена
на полупроводниках. Характеристика времени действия защиты
..
соответствует переrрузочнои характеристике ротора и выражается
473
rде / *рот == / ротl / рот.ном;
В постоянная величина; п величина постоянная для определен-
Horo диапазона тока / *рот, она колеблется от четырех до двух.
Защита (рис. 15 38) состоит из п р е о б раз о в а т е л я, преоб
разующеrо / рот в / == / POT 1, и и н т е r р и р у ю щ е r о э л e
м е н т а, создающеrо заВИСИl\IУЮ выдержку времени t з по выраже
нию (15 31) с учетом изменения тока /рот в течение времени действия
защиты [3. В качестве интеrратора используется к о н Д е н с а
т о р, процесс заряда KOToporo приближенно совпадает с про-
цессом HarpeBa обмотки ротора. За
щита состоит IIЗ двух opraHoB: сиr
нальноro 2 действующеro при
/рот > /рот.ном на сиrнал, и интеrраль
но зависимоro 4 действующеrо с пер
вой ступенью времени на развозбуж-
РпsDоз5у.ж- дение и со второй на отключение
iJelше reHepaTopa.
OpraH с интеrрально зависимой BЫ
держкой времени имеет пусковое pe
ле 3, разрешающее действовать этому
opraHY при увеличении тока ротора до
определенноrо значения: / рот == / С.3"
Пусковое реле выполнено в виде
схемы сравнения величины (см. Э 2 15,
рис. 2 45) напряжения U Р = / РОТ С ве..
личиной опорноrо напряжения U ОП. Разность ИР U оп подводится
к маrнитоэлектрическому реле, которое срабатывает при Ир> U оПl
т. е. при / рот> / С.3.
З а в и с и м ы й о р r а н состоит из двух указанных выше
элементов: преобразователя и интеrратора. Оба элемента выпол
няются по схемам, аналоrичным рассмотренным в Э 15 5, r. Сиrналь
ное реле выполняется так же, как и пусковое реле; для создания
выдержки времени применяется выносное реле времени.
Защита питается током 1 = / рот, получаемым от трансформатора
постоянноrо тока / типа И 514. Трансформатор постоянноrо тока
уменьшает ток ротора до значения, соответствующеrо параметрам
защиты.
ТОК / (от трансформатора тока) поступает в разделительный
элемент 1, rде он направляется по двум независимым каналам:
по одному в сиrнальное и пусковое реле 2 и 3, по второму
в opraH с зависимой выдержкой времени 4. _
Защита с независимой выдержкой времени. До окончательной
разработки и серийноrо выпуска зависимоro реле применяется упро
щенная, менее совершенная схема защиты снезависимой характери..
приближенно уравнением
l"!::! I po ,
Отt(лю
l/elше
Рис. 1 5 З8. Структурная схема
зависимой защиты ротора от пе-
реrрузки (типа P3P I).
474
в
t з == t доп == n ,
1 *рот 1
(15-31)
стикой, реаrирующей на напряжение U рот на зажимах ротора. Это
напряжение пропорционально I рот , так как U РОТ == IPOTRpOT' rде
RPOT сопротивление обмотки ротора.
Схема подобной защиты показана на рис. 15 39. Пусковое реле
напряжения Р Н питается от делителя напряжения П, включенноrо
параллельно обмотке ротора Р, поэтому напряжение на зажимах
реле Ир = И РОТ И IpoT.
Защита выполняется с двумя реле времени РВ 1 и РВ 2 . Первое
с /31 == t доп посылает импульс на отключение reHepaTopa. Второе
действует на снижение или снятие
форсировки возбуждения с t З2 ==
== t 31 дt.
Уставки защиты. Защита должна
срабатывать при та КО::\-1 токе ротора,
при котором ликвидация переrрузки
деЖУРНЫ1\1 персоналом невозможна
из за малоrо значения t доп . Принимая
последнее равным 1 ,5 2 мин, по теп
.ловой характеристике ротора (рис.
15 31) находим, что защита должна дей"
ствовать при I рот == (1,4+ 1,5)/poT.HoM-
Исходя И3 этоrо
И С . З == 1,5/pOT.HOMRpOT. (15 32)
На Clшжеlluе
dtJ.JОl/жi}ен"я
Аrп
...............
Рис. 15 39. Защита pOTOPua от
переrрузки с Независи:\1ОИ от
тока выдержкой Вре:\lени.
Выдержка времени РВ 1 должна
удовлетворять условию /31 t доп
при максимальной возможной пере
rpY3Ke.
Последняя равна полной форсировке возбу}кдения, которая,
как указывалось, в общем случае достиrает 21 [ОТ. НОМ' ПО тепловой
характеристике ротора определяется, что при этом токе t;I.on 20...;-..
30 сек. Отсюда t з1 == 20+30 сек.
На [енераторах с ионным и высокочастотным возбуждением po
тор питается выпрямленным током. Кривая этоrо тока Иl\lеет пульси
рующий характер и содержит переменные составляющие разной
частоты. Форма кривой IpOT нестабильна и мо}кет l\Iеняться при раз
личных ре)кимах или неисправностях в системе возбуждения. Это
неоБХОДИl\10 учитывать при выборе nycKoBoro реле напряжения за
щиты. Чувствительность nycKoBoro реле не должна меняться с И3
менением формы кривой выпрямленноrо тока. В этих случаях
рекомендуется применять электромаrнитные реле без выпрямите.пей
типа РН 53/400.
Для исключения ложной работы защиты при кратковре;"lенных
neperpY3Kax, не опасных для ротора, необходимо во всех схемах за
щиты иметь быстрый возврат nycKoBoro реле при спаде ТОЕ:а IpOT до
величины, близкоЙ к 1 с. 3. Чтобы обеспечить это ус..10вие, пусковое
реле защиты должно иметь коэффициент возврата, близкий к 1.
Обычно добиваются k иоз == O,9 O,98.
471
,.
.5.8. ПОЛНАЯ СХЕМА ЗАЩИТЫ fEHEPA ТОРА
в качестве примера на рис. 15 40 приведена полная схема защиты
reHepaтopa средней мощности, 60 lOO тыс. К8In. Для защиты от
повреждений в статоре [енератора предусмотрены: продольная диф
ференциальная защита 1 в трехфазном исполнении, с реле типа
РНТ 565; поперечная дифференциальная защита 2; защита от замы
1= l
G1:F
} к защите
шин б fOIC8
} /( АР8
} Измерительные
при дОры
J( uзмериmеЛ6НЬ/М
приборам
/( АР8
к защите
к Возоуоuтелю
;......л.......
На отКЛlOl.fенuе qJOp
сиро8ки 80збуЖiJе Н {J
с
I
+1
к uзмерцтnеЛ/J-
ным приliорам 2
'"="
Рис. 15-40. Полная схема защиты турбоrенератора,
476
каний на землю с ТНП с подмаrничиванием с rрубым и ЧУБствитель-
ным реле 3 и 4. В качестве защиты от внешних трехфазных к.з.
устанавливается однофазная максимальная токовая защита 5 с бло
кировкой минимальноrо напряжения 6. От несимметричных пере
rрузок и внешних к. з. предусмотрена трехступенчатая защита об-
ратной последовательности реле 7, 8 и 9. Защита от симметричной
переrрузки осуществлена токовым реле 10 с действием на сиrнал.
отАrл
(u8нал
ОстаноВка
турбины
На отк/!.
секц
8ЫkЛ
СU2нал
+1
J
т
а от ТНI
с
работающеrо на шины reHepaTopHoro напряжения.
477
Дополнительно для контроля за изоляцией статора при работе re-
нератора на холостом ходу предусмотрен вольтметр 11, включенный
на напряжение зи о трансформатора напряжения ТН2.
. Бдокировка защиты от замыкания на землю осуществляется про.
межуточным реле 15. Это реле пускается при несимметричных к. з.
от реле 9, а при СИМ!"1етричных от реле 5. Для задержки ВОЗ-
врата блокировки после отключения к. з. обмотка nромежуточноrо
реле 15 шунтируется конденсатором С.
Защита ротора от переrрузки выIолняетсяя с помощью реле Ha
пряжения 17 и реле времени РВ. ДЛЯ повышения надежности В схеме
преДУСl\'lотрены два выходных промежуточных реле 18 и 19. На одно
(18) деЙствуют основные защиты, на второе (19) резервные заши
ты rеиератора.
В выходных цепях каждой защиты устанавливаются сериес-
ные указательные реле 13, фиксирующие действие защит. При
одновременном действии двух или трех защит ток, потребляемый
проыежуточным реле 18, делится между тремя указательными
реле поровну и может оказаться недостаточным для их pa
боты. r
Для увеличения тока в указательных реле до значения, достаточ-
Horo для их действия в указанном случае, nараллельно обмотке реле
18 ВК-!Iючено сопротивление.
В токовых цепях дифференциальной защиты предусматривается
испытательный блок, позволяющий без пересоединения в цепях про
извести измерение токов небаланса в дифференциальных реле. То-
ковые цепи всех остальных защит заводятся на специальные испы-
татедьные зажимы, устанавливаемые на панелях защиты и по-
зволяющие производить необходимые измерения без разрыва цепей.
15-9. ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
а) Включение синхронных компенса торов в сеть
СинхронныЙ компенсатор (СК) является reHepaTopoM реактивной
мощности. Он устроен и работает как синхронный двиrатель, reHe-
рирующий реактивный ток. Конструктивное выполнение синхрон
ных KOI\lneHCaTopoB сходно с rенераторами. Важной особенностью
...............
компенсаторов, которую надлежит учитывать при рассмотрении за-
щиты, является их ПУСКу.Наиболее простым способом пуска СК,
приня'Тым в СССР, является асинхронный пуск. Он осуществляется
вн:Лючением СК на напряжение сети при отсутствии возбуждения
в цепи ротора. В этом.случае СК ведет себя как короткозамкнутыЙ
асинхронный двиrатель. После Toro как скорость вращения ротора
приблизится к синхронной, включается возбуждение и СК втяrи-
вается в синхронизм.
В I\10MeHT включения компенсатора на напряжение сети в нем
появляется бросок nycKoBoro тока, как и в обычном асинхронном
двиrателе. Ддя уменьшения этоrо тока мощные компенсаторы пу-
478
скаются через специальный реактор Р (рис. 15 41)t который
шунтируется выключателем B 2 после затухания пусковоrо тока.
Так же как и reHepaTop, синхронные компенса
торы снабжаются автоматами rашения поля Ar П,
разрывающими цепь возбуждения и замыка ющи ми
обмотку ротора на сопротивление.
6) Защита СК от внутренних повреждений
В компенсаторах возможны такие же повреж-
дения, как и в reHepaTopax. О с н о в н ы м и з a
щитами от внутренних повреж
Д е н и й СК я в л я ю т с я ...Д и Ф ф р
циальная защита и з ащита от за-
м Ы K а н и й н а з е 1\'1 л ю: выполняемые по при
веденныIM выше сХеi\1ам С' теi\1И же параметрами. На
СК, имеющих пусковой реактор Р, последний же
лательно включать в зону дифференциальной за-
щиты.
Защита от витковых замыканий может выпол-
няться на компенсаторах с параллельными ветвями
в фазах, но по соображениям упрощения эта защита обычно не
применяется. Все защиты от внутренних повреждений СК должны
отключать ero от сети и снимать возбуждение отключением Аrп.
р
Рис. 15А 1. Схе.
ма Бключения в
сеть синхронно.
ro компенсатора.
в) Защита СК от ненормальных режимов
3 а щ и т а м и н и а л ь н о r о н а п р я ж е н и я. При Ис
чезновении напряжения компенсатор лишается питания и останав-
ливается. Для предотвращения подачи напряжения на неподвижный
СК при наличии на нем возбуждения предусматривается защита
МИНИI\шльноrо напряжения (рис. 15 42). Эта защита должна или от-
ключить остановившиЙся СК от сети, или подroтовить ero к само.
запуску, отключая Аrп и дешунтируя реактор (если он имеется).
Самозапуск СК предусматривается на подстанциях без дежурноrо
персонала и подразумеj3ает наличие автоматики, включаЮIдеЙ Ar п
после появления напряжения и разворота СК.
Защита минимальноrо напр я}!(ения состоит из реле миниыаль
Horo напряжен я Н и реле времени В (рис. 15 42). }J,ля выполнения
поставленной задачи отключение СК при исчезновении напряже.
ния достаточно одноro реле минимальноrо напряжения, вклю
ченноrо на линеЙное напряжение. Но с целью уменьшения вероят
ности неправильноrо отключения синхронноrо компенсатора при
неисправности в цепях напря}!{ения целесообразно устанаВ.iIивать
два реле минимальноrо напряжения, включаемые или на разные
трансформаторы напряжения, или на разные междуфазные напря-
жения одноrо и Toro же трансформатора, как показано на рис. 15 42.
Контакты обоих реле соединяются последовательно. При исчез но.
вении напряжения, питающеrо СК, оба реле срабатывают. В слу-
479
чае же нарушения вторичной цепи одной из фаз трансформатора
напряжения подействует только одно ИЗ двух реле и цепь защиты
останется разомкнутой. Схема питания от разных трансформаторов
напряжения надежнее, но сложнее.
Если оба реле Н питаются от трансформатора напряжения СК
(рис. 15 42), то цепь оперативноrо тока заlЦИТЫ должна заводиться
через блокировочные контакты БК rлавноrо выключателя, aBTOMa
тически вьmодящие защиту из действия при отключенном СК.
При отсутствии такой блокировки защита минимальноrо напряже
ния приходила бы в действие в том случае, коrда СК отключен от
сети, и не позволяла бы произвести обратное ero включение.
Напряжение срабатывания реле минимальноrо напряжения BЫ
бирается возможно меньшим с тем, чтобы отключение СК Mor ло
ПрОI;lСХОДИТЬ только при rлубоких
понижениях напряжения, моrущих
вызвать ero остановку. «Правила
эксплуатации электротехнических
\ установок» рекомендуют принимать
I и С . Р == О,4и ном . \
ОтиР!/сtlХ у ставка по времени должна
.Jtlщит превосходить наибольшие выдерж
ки времени защит, установленных
в сети, с которой связан компенса
тор. Обычно уставка принимается
равной = O сек .}
Защита от внешних
, К. 3., работающая при поврежде-
нии на шинах или неотключившемся пр исоединении , на синхрон"
ных компенсаторах He , так как после отключения источ-
ников питания СК теряет напряжение, снижает свои обороты и ток,
посылаемый им в место к. з., затухает. Следует также иметь в виду,
что при rлубоком снижении напряжения во время внешнеrо К. з.
может подействовать защита минимальноrо напряжения, которая
произведет отключение СК.
З а щ и т а о т пер е r р у з к и. Длительная переrрузка СИ н-
xpoHHoro компенсатора возможна при продолжительном понижении
напряжения, вызьmающем деЙСТВflе реrулятора напряжения и фор-
сировку возбуждения СК. Для устранения этой переrрузки рекомен..
д ется устанавливать специальное разrрузочное устройство, сни-
жающее ток возбуждения и отключающее реrулятор. Эrо устрой-
ство реаrирует на ток одной из фаз и действует только в том слу
чае, если переrрузка длится долrо примерно 1 .мин и больше.
Восстановление нормальной работы реrулятора осуществляется
вручную или автоматически при помощи реле напряжения, фикси-
рующеrо восстановление нормальноrо уровня напряжения.
Кроме разrрузочноrо устройства, можно устанавливать сиrна
лизацию от переrрузки, осуществляемую, как и на reHepaTope,
при помощи одноro TOKoBoro реле.
Рис. 15 42. Защита минимальноrо
напряжения синхронноrо КОl\шен-
сатора.
480
r лава шестнадцатая
ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ
16.1. ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНblЕ РЕЖ'ИМbI РАБОТЫ ТРАНСФОР
МАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ, ВИДЫ ЗАЩИТ И ТРЕБОВА
НИЯ К НИМ
а) Виды повреждении трансформаторов и типы защит 1
в и Д ы п о в р е ж Д е н и й. ОСНОВНЫl\ПI видами повреждений
в трансформаторах и автотрансформаторах ЯВЛЯIОТСЯ:
.... а) замыкания ме}кду фазами внутри кожуха трансформатора
и на наружных выводах обмоток;
oJб) замыкания в обмотках между витками одной фазы (так назы
ваемые витковые замыкания);
JB) замыкания на зеМЛIО обмоток И.JIИ их наружных выводов.
Опыт показывает, что к. з. на
выводах и витковые замыкания в
обмотках трансформаторов проис.
ходят наиболее часто.
l\1еждуфазные повреждения
внутри трансформаторов возникают
знаЧlIте.JIЬНО реже. В трехфазных
трансформаторах они хотя и не ис..
к.ТlIочены, но ма.повероятны вс.пед...
ствие БОЛЫlIОЙ прочности между
фазной ИЗО.JIЯЦИИ. В трансформа
торных труппах, составленных из трех однофаЗ11ЫХ трансформато..
ров, замыкания f\1е)кду обмотками фаз практически невозr-.IО:iКНЫ.
При витковых замыканиях токи, идущие к месту повре}КJ.ения
от источников питания, мотут быть небо.JIЬШИМИ. Так, например,
если принять, что в замкнувшихся накоротко витках W (рис. lб l)
ток К. з. равен J 1\-7., то ток повреждения 1 J{, проходящий ОТ источни",
ка питания, можно найти из уравнения ба.панса Н. с. траНСфОР Iа'"
тора: J I\W] J K?W , откуда 1 J{ == :; J ка. Отношение W a /Wl < 1, C.JIe'"
довате,пьно, ток 11\ < J K . Чем меньше ЧИС.ТIO за lКНУВШИХСЯ витков
W7.' тем меныпе будет ток 1 к, приходящий из сети.
В случае замыкания на зеМ.JIЮ обмотки трансформатора, подклю"
ченной к сети с малым то КО:\I замыкания на зеМ.ТIIО, ток повре.жде...
ния определяется ве.ТIИЧИНОЙ емкостното тока сети. Поэтоыу защиты
трансформатора, предназначенные Д.JIЯ деЙствия при витковых за..
мыканиях, а также при замыканиях на зеМ.JIЮ в обыотке, работаю..
Рис. 16 1. Токи при виткоtюм KO
ротком замыкании в об:\ЮIках
траНСфОР:\1атора.
1 Всс изложенное НЮI<е в равной мере относится к трансформаторам и авто"
трансформаторам. Особенности защиты автотрансформаторов будут оrовариваться
особо.
16 н. в. ЧернобрО808
481
щей на сеть с изолированной неЙ1ралью, должны обладать высокой
чувствительностью.
Для оrраничения размера разрушения защита от повреждений
в трансформаторе должна действовать б ы с т р о. Повре}кдения,
сопровождающиеся большим током к. з. 1 К.3' должны отключаться
ез JiW! щки .J3 l'v1 ен и f (=== 0,05...;.-0,1 сек. I
З а Щ и т ы о т п о в р е ж Д е н и й. В качестве таких защит
применяются токовая от ечка, дифференциальная и rазовая защиты.
В последнее ВР€l\i1Я за рубежом применяется довольно простая защита
от замыкания на корпус (кожух) трансформатора.
б) Ненормальные режимы и защиТа от них
Iаиболее частым ненормальным режимом работы трансформато"
ров является появление в них с в е р х т о к о в, т. е. токов, пре..
вышающих номинальный ток обмоток трансформатора. С в е р х ..
т о к и в трансформаторе возникают при внешних к. З., качаниях
и переrрузках. Последние возникают вследствие самозапуска элек"
...
тродвиrателеи, увеличения наrрузки в результате отключения парал..
лельно работающеrо трансформатора, автоматическоrо подключения
наrрузки при действии АВР и т. п.
Внешние К. 3. При внешнем К. З., вызванном повреждением на
шинах трансформатор а или неотключившимся повреждением на от..
ходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи
к. з. 1 К.3 > 1 НОМ' которые наrревают ero обмотки сверх допустимоrо
значения, что может привести к повреждению трансформатора.
В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от внешних
к. з., отключающую трансформатор для прекращения протекающеrо
по нему тока повреждения. Поскольку внешнее к. "З. сопровождает"
ся понижением напряжения в сети, защита должна действовать
с минимальной вьщержкой времени, необходимой для селективности.
З а Щ и т а о Т в н е ш н и х к. з. осуществляется при помощи
максимальной токовой защиты, максимальной защиты с блокиров..
... ., u
кои минимальноrо напряжения, токовои защиты нулевои последо"
вательности и защиты обратной последовательности. В зону действия
защиты от внешних к. З., как правило, должны входить шины под..
станций (1 участок защиты) и все присоединения, отходящие от этих
шин (11 участок защиты). Защиты от сверхтоков являются также
резервными от повреждений в трансформаторе.
Переrрузка. Переrрузки обычно не сопровождаются значитель..
ньп\'1 понижением напряжения в сети. ПОЭТОI\'iУ требование ко BpeMe
ни действия защиты от переrрузки определяется только HarpeBoM
изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длитель"
ную переrрузку по току на 5%. В аварийных режимах допускается
кратковременная переrрузка в следующих пределах [л. lqOJ:
Кратность переrрузки 1 нзr/ 1 НОМ . . . . . 1,3 1,6 1,75 2 3
Допустимое время переrрузки, мин. . . 120 45 20 10 1,5
482
Из таблицы видно, что переrрузку порядка (1,5+2) J но... можно
допускать в течение значительноrо времени, измеряемоrо десятка ш:
минут.
Наиболее часто возникают KpaTKoBpeJ\1eHHbIe, самоликвидирую-
щиеся переrрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непро-
ДО.тIжительности. НаПРИJ\1ер, переrрузки, вызванные самозапуском
э.пектродвиrателей или толчкообразной наrрузкой (электропоезда.
подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких пере-
rрузках не требуется.
Более длительные переrрузки, вызванные, например, автомати-
ческим подключением наrрузки от АВР, отключением параллельно
рабоТ3Iощеro трансформатора и т. п., MorYT быть ликвидированы
обслужив3IОЩИМ персоналом, который имеет для этоrо достаточное
время. На подстапциях без дежурпоrо персонала ликвидация дли-
тельной персrрузки должна производиться автоматически от за-
щиты отк.пlочением менее ответственных потребителей или переrру-
1
зившеrося транссрорматора.
т аким образом, защита трансформатора от переrрузки должна
демствовать на отключение, только коrда переrрузка не может быть
устранена персоналом. Во всех остальных случаях защита должна
действовать на сиrнал.
3 а щ и т а о т пер е r р у з к и выполняется, как правило,
реаrирующей на ток с действием на сиrнал или отключение в зави-
симости от характера обслуживания подстанции.
Повышение напряжения. К числу опасных для трансформаторов
ненормальных режимов, возникающих в сетях 500 750 кв, относится
повышение напряжения. Оно возникает при одностороннем отклю.
чении Д л и н н ы х л и н и м с большой емкостном проводимостью
или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости
линии и индуктивности шунтирующих реакторов.
Повышение напряжения вызывает увеличение маrнитной индук-
ции в маrнитопроводе трансформатора, вследствие чеrо происходит
возрастание тока намаrничивания и вихревых _токов. Эти токи на-
rревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести
к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника.
Чем больше уровень повышения напряжения, тем меньше время
t доп , в течение ROToporo оно допускается.
в) Особенности автотрансформаторов
Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов вы.
полняется однотипно. ОднаI{О автотрансформаторы имеют некото-
рые особенности, которые необходимо учитывать при расчете, а в
ОТДельных случаях и при выполнении их защит.
Для сравнения на рис. 16-2, а и б представлены схемы однофазноrо понизи
rrельноrо трансформатора и автотрансформатора. Последний можно рассматривать
как траНСфОР"lатор. у KOToporo вторичная обl\ютка ах совмещена с первичной АХ.
Распределение токов Б автотрансформаторе и траНСфОР lаторе различно [Jl. 29J.
16* 483
В трансформаторе первичный ток 1] проходит по первичной обмотке W 1 ,
а вторичный 12 по вторичной Ш 2 .
В автотрансформаторе первичный ток 11 проходит только по части первичной
обмотки автотрансформатора W 1 W 2t называемой n о с л е Д о в а т е л ь н О й
(об:r lOтка.аА). Во вторичной обмотке W 2t называемой о б щеЙ, проходит ток 1 общ ==
== 12 11'
Ниже oTMet.lcHbl особенности автотрансформатора, Ш.lеющие значения дли
релейной защиты. .
1. В отличие от трансформаторов автотрансформаторы характеризуются
д.ву я значению\п) НОМl!.нальной мощно ти: про х о Д н о й Snpox И Р а с ч е т
н о и Sрасч, Н8зыВаемоИ также типовом.
А " W, ИJ 2 '2 а
lI, '/ t'2 ZIf J
х а) х
.
1, а
А f(
. ь
1/, iz
t
(
и, [
t i оощ Z" I4 J UC .J
.1
х . J{
J оDщ = !, Рис. 16.3. Повышение напря
6) жения в сети срсднеrо напр я.
жения не заземлен Horo авто-
Рис. Iб 2. Токораспределение в об- !Трансформатора при однофазном
мотках трансформатора (а) и авто. к. з. на стороне высшеrо на-
трансформатора (6). пряжения.
Про х о Д н о й называется мощность, передаваемая с первичноii на BTO
ричную сторону трансформатора или автотрансформатора:
Snpox === V 1 1 1 == V 2 / 2 . (1б 1)
Р а с ч е т н о й SpaclJ называется мощность, по которой рассчитываются
параметры обмоток и маrнитопровода трансформатора и автотрансформатора.
Она определяется токами, проходящими по обмотке, и напряжениями на IlХ
зажимах, т. е. SpaclJ === V обм/ обм'
Расчетная мощность общей части обмотки Sобщ == V 2 (/2 1 1 ),.а после
довате.11ЬНОЙ части Snocn == (V 1 V 2 ) 11- Сопоставляя оба выражения, можно
'Установить, что Sобщ == Sпосл' Это означает, что общая и последовательная об.
мотки автотраНсфОр:\1атора должны рассчитываться по одной и той же расчет..
ноЙ мощности:
SpaclJ == 11 (V 1 V 2 ) == I 1 V 1 (1 ) == Snpox (1 J Sпрохkвыr, (lб-?)
rде Sпрох == 11 V 1 проходная мошность; Па коэффиuиент трансформации ав-
r:rоrрансформатора, равныЙ U]/ V 2 ; k BbIr коэффициент выrоl.lНОСТИ, показываю.
щий, во сколыю раз SPёiC'l меньше Snpox,
k sы1 ' == (1 :J . (lб З)
484
2. В автотрансформаторе вторичная цепь электрически связана с первичной.'l
поэтому при замыкании на землю одной фазы в сети высшеrо напряжения авто.
трансформатора потенциал (по отношению к земле) неповрежденных фаз в сети
среднеrо напряжения повышается по отношению к зе ле на величину фазноrо
напряжения сети высшеrо напряжения (рис. 16 З); напряжен е фазь! Ь относи.
тельно земЛи на стороне среднеrо напряжения будет равно и А + и ь , фазы С
равно (j А + (j с'
Для предупреждения TaKoro повышения напряжения нейтраль автотраllС"
фОРJ.штора должна обязательно зазе.lrtляться как показано пунктиром на рис. 16 3.
3. Трехфазные силовые автотрансформаторы дополняются обмоткой 3, сое"
ДиненноЙ в треуrольник (рис. 16 З). Эта обмотка служит для компенсации третьих.
rармоник маrнитных потоков, а следовательно, и фазных э. д. с. автотрансфор'"
матора.
Дополнительная обмотка имеет маrнитную связь с основными обмотками ав"
тотрансфс,рматора 1 и 2. Она обычно выполняется на напряжении 6 lO 35 кв
и используется для питания потребителей или подключения reHepaTopoB иСК.
Автотрансформатор с компенсирующей обмоткой аналоrичен трехобмоточному
трансформатору. При наличии третьей обмотки, в .некот.орых режимах (см.
рис. 16 17, 6), ТОК [общ равен не разности, а сумме 11 + 12' Для исключения
переrрузки общей обмотки, выбираемой по Sрасч, например в режиме передачи
'мощности из обмотки 3 только на сторону cpeдHero напряжения, иоминальная
мощность этоЙ обмотки принимается равной или меньше Sрасч автотрансфор.
матора.
16 2. ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ ПРИ ВНЕШНИХ КОРОТКИХ ЗД ИЫ..
КАНИЯХ
а} Общие ПО flOжения
.
Зап ита от внешних к. з. .служит для отключения трансформатора
при к. з. на сборных шинах или на отходящих от нее присоединенпях
(рис. 16 4), ес.НИ защиты или выключатели этих эде:\lентов отказа,,111
в работе.
Одновременно защита от внешних к. з. используется и для за..
щиты от повреждения в траНСфОРl\.iаторе. Однако по условиям се...
лен:тивпости защита от внешних к. з. должна иметь выдержн:у вре.
меНII И, следовательно, не может б IТЬ быстродействующей. По
этоЙ причине в качестве основной защиты от повреждений в транс..
форматорах она используется лишь на маломощных тр нсформато"
рах. На трансформаторах, имеющих специальную защиту от BHYT
ренних повреждений, защита ОТ внешних IC з. служит резервом к
этой ЗaIците на случай ее отказа или вывода из работы.
Наиболее простой защитой от внешних к. з. является токовая
мак симальная защита. В тех случаях, коrда ее ЧУВСТВIIтельность
оказываетс я недос таточной, применяются более чувствительные TO
ковые максимальные защиты с пуском (блокировкоЙ) по напряжению
или же TOI{OBbIe защиты обратной и нулевой последовательностеЙ.
П о н и з и т е л ь н ь( е трансформаторы. к которым относятся
трай:сфор lаторыI; .' питающiiе потребителей, в большинстве случаев
защищаются с помощью максимальноЙ защиты. При внешних к. з.
ПО этим трансформаторам проходj1.Т ток K 3: от всех reHepaTopoB
системы (рис. 16 4, а). Поэтому кратность тока к. з. получается обыч
Но значитепьной и достаточноЙ для действия маI(симальноЙ защиты.
485
При недостаточной чувствительности простой максимальной защиты
устанав,пиваlОТСЯ более чувствительные защиты: максимальная за
щита с пуском по напряжеНИIО и защита
обратной последовательности.
Повысите,пьные трансфор
м а т о р Ы, устанав,пиваемые на электро
станциях, находятся в худших усло
виях.
Применение на этих r.рансформаторах
максимальной токовой защиты в большин
стве случаев оказывается невозможным
из за недостаточной чувствительности по
следнеЙ при к. з. на стороне высшеrо Ha
пряжения.
В этом случае J;3еличина тока к. з. 1 к,
проходящеrо через защиту (рис. 16 4, 6),
определяется мощностыо reHepaTopoB элек
тростанции, которая соизмерима с мощно
стыо повысительноrо трансформатора, и
3лентростонцLlЛ поэтому кратность тока к. з. получается
небольшоЙ, а чувствительность защиты
недостаточной.
В связи с этим для защиты повы ситель
ных трансформаторов от внешниi"I{. з.
примеНЯIОТСЯ более' чувсrnителыlеe за
а ПОНlIзительноrо; б по б
БЫсительпоrо. щиты: защита, реаrИРУlощая на ток о paT
ной последовательности; токовая защита
нулевой последовательности и максимальная защита с пуском по
напрях{ению.
f
а)
б)
Рис. lБА. Размещение за.
щиты от сверхтока TpaHC
фОр1laТОр а.
б) Токовые максимальные защиты трансформа торов
Защита двухобмоточных понижающих трансформаторов. Схема
подобной защиты трансформатора С о Д н о с т о р о н н и м п и
т а н и е м приведена на рис. 16 5. Защита устанавливается со
стороны источника питания с Tel\l, чтобы ВК.ТIlОЧИТЬ в ее зону дей
ствия сам трансформатор.
Для расширения зоны действия максимальной токовой защиты
трансформаторы тока располаrаются у выключателя.
На двухобмоточных трансформаторах с односторонним питание:\tI
(рис. 16 5) защита до,пжна деЙствовать на выключатель B l со CTO
роны источника питания. Однако по соображениям надежности
целесообразно воздействовать на оба выключателя: B 1 и B 2,
с Te 1 чтобы при внешних к. з. один вык.тпочате,пь резервировался .
вторым.
Схема соединений трансформаторов тока и реле l\:lаксима,пьной
токовой защиты должна обеспечивать работу защиты при всех воз
можных видах к. з. В сети с rлухозаземленноЙ нейтралью защита
486
выполняется по трехфазной схеме, а в сети с ИЗ0лированной неЙ.
тралью по схеме неполной звезды. Схе1\'Ш с одним реле, ВI<лючен"
ным на разность токов двух
фаз, на трансформаторах с co
единением обмоток звезда
треуrольник не peKOMeHДY
ется к применению, так как
заЩIIта в этом случае не деЙст
вует при некоторых видах
двухфазных к. 3. на стороне
треуrольника (см. 3 6, }К,
рис. 3 1 7).
Схема неПОДIIОЙ звезды по
сравнению с трехфазной имеет
меньшую чувствитедьность
при к. 3. за трансформатором с
соединением обмоток звезда
треуrодьник. Так, например,
если защита установлена на фа
зах А и с 3 в езды (рис. 16 6), то
Рис. 16 5. МаКСИI\.Jальная токовая за
при к. 3. ме)l{ДУ фазами а и Ь щита двухобмоточноrо трансформатора.
на стороне треуrольника (рис.
16 6) в реле защиты протекает
лишь половина ПО.пноrо TOI(a к. 3. Для повышения чувствительности
защиты мо}кно устанавливать третье ре.пе в общеl\1 _ проводе транс..
А
в
с
п I
I
,
J
.
I
t
I
I
1
I
I
D + )
Лт=1
I
31/\
lи
.,,
а
z /н
V3
с
ь
[и
y.f
Рнс. 16 6. Распределенне токов в трансформаторе с соеДине.
нием обмоток л/6 при двухфазном к. з. на стороне треуrоль"
ниКа.
форматоров тока, в котором в этом случае проходит сумма токов
поврежденных фаз:
. . . J
lon==IA+lc==2 ..! .
. r 3
т о к с р а б а т ы в а н и я максимальной токовой защиты BЫ
бпрается исходя И3 условия, что защита от к. 3. не ДОЛ)l{на дей
ствовать при neperpY3Kax, не требующих быстроrо отключения
трансформатора.
487
]\ ю{симальныЙ ток наrРУЗI\И, от KOToporo необходимо отстроить
3alДИТУ, обычно определяется из рассмотрения двух ре}кимов: от..
1\лючение параллельно работающеrо трансформатора или aBTOMa
тическое подключение н:аrрузки при действии АВР (рис. 16 7).
Оставшийся в работе трансформатор переrру}кается в первом C 1JY
чае вдвое (/IIar.MaKc == 2I иом . т ), а во втором (рис. 16 7) ток переrРУЗI\И
равен сумме тои:а 11 трансформ:атора Т 1 и тока подключившеЙся Ha
rРУЗI\И 12' т. е. 1 раб == 11 + 12, rде I 2 установившийся ток под
ключившейся наrрузки. В первый момент после переключения на-
rрузки ее ток превышает установившееся значение за счет самоза-
ПУСКа оставшихся в работе двиrателеЙ. Оценивая это увепичение
I\оэффициентом Il з , хараИ:1:еризующим
кратность токов са1\Iозапуска к току 12'
получаем, что максимальныЙ ток транс..
форматора при действии АВР равен:
1 изr.М8 КС == IJ. + Il312 ' Аналоrичным обра
зОм O1'if> еделяется маи:симальный ток на-
rрузки и в друrих подобных случаях.
В общем случае с учетом саr..Iозапуска
двиrателей при восстановлении напря
жения после оти:лючения К. з. в сети или
после успешноrо действия АПВ макси-
маJ1ЬНЫЙ расчетный ток наrРУЗI\И
J Har. макс == k3 1 раб. макс, rде J раб. м:шс
установившееся значение l\-1 а ксима Jl ь-
Horo тои:а наrрузи:и в условиях нор..
IvIaJ1ЬНОЙ работы; Il3 коэффициент, учи-
тывающий увеличение [раб. M'a "'"C В реЗУJiЬ-
тате самозапуска двиrё.телей, оставшихся в работе при пони}кении
или исчезновении напряжения во время К. з. или бестоковой паузы
АПВ либо АВР.
Тои: срабатывания находится из условия возврата реле, как и для
всех максимальных защит, по выражению:
1 kJlk3 1
C.3== раб. макс'
воз
Тl
Т2
IJмиltJ'Iотель /2
1, l/['tjJмилыlo
отНЛItJ '1ен
Рис. 16.7. При отключении
трансформатора Т2 и ВКЛЮ
чешш от АВР секционноrо
ВЫклЮчателя возникает пере-
rрузка трансформатора Т1.
(16-4 )
к о э Ф Ф и ц и е н т ч у в с т в и т е л ь н о с т и при к. з. В
конце BToporo участка находится по формуле k ч == 1 к.мш/ 1 С.З.
Величина Il ч не дол}кна быть меньше 1,3.
Если чувствительность максимальной защиты оказывается не-
удовлетворител:ьной, то применяются друrие более чувствите.п:ьные
защиты, раССl'лотренные ни}ке.
В ы Д е р ж к а в р е м е н и выбирается из условиЙ селектив..
ности на ступень выше наибольшеЙ вьщеР}КI\И времени t л защит
присоединений, питающихся от трансформатора, t. "е. "
t'I == t л + Дl. ( 16 5)
Выдерлп{а времени маI\симальной токовоЙ защиты с оrраниченно
зависимоЙ характеристикой выбирается, исходя из условия (16 5)
488
в предполо:жении, что ток в реле равен току к. 3., проходящему че
рез трансформатор в случае повреждения в начале линии, питае
моЙ трансформатором. Защиту с оrраниченно зависимой характери
стикой следует применять в тех случаях, коrда посредством ее yдa
ется ускорить отключение повре:ждения в трансформаторе или на
шинах. .
Защита трехобмоточных понижающих трансформаторов. При
внешних к. 3. защита трехобмоточных трансформаторов (рис. 16 8)
дол:жна обеспечивать селекти.вное отключение то-пько той обмотки
трансформатора, которая непосредственно питает место повре:жде
ния. Так, например, при I{OPOTKOM заl\Iыкании на шинах 111 (рис. 16 8)
ш
Рис. 16.8. Размещение макси.
мальной токовой зашиты на
:.rрехобмоточном трансформаторе.
Питание
I
и
ш
Рис. 16 9. Селективная зашита от внеш
них к. з. на трехобмоточном TpaHC
форматоре с двусторонним питанием.
дол:жен отключиться вык,пючатель 8з, а обмотки трансформатора
1 и 11 дол:жны остаться в работе. ,
На трехоб!\-1ОТОЧНЫХ трансформаторах с односторонним питанием
(например, от шин 1) на обмотках 11 и 111 устанавливаются самостоя
тельные комплекты маI{симальной защиты, действующие на COOТBeT
ствующие выключатели (рис. 16 8). На обмотке 1, питающей TpaHC
форматор, устанавливается третий комплект защиты, предназначен-
ныЙ для отключения трансформатора при к. 3. В нем и резервиро
вания защит и выключателей обмоток 11 и 111. Выдер:жка времени 11
выбирается больше t 2 и '3'
На трехобмоточных трансформаторах, имеющих двустороннее
и трехстороннее питание, максимальная токовая защита не мо:жет
обеспечить селективности. Так, например, если со стороны обмоток
1 и 2 (рис. 16 9) подключены источники питания, то при к. 3. на ши..
нах 11 время действия '2 должно быть меньше t 1 , но тоrда при к. 3.
на шинах 1 защита 2 окажется неселективноа.
489
lIЛЯ получения селективности заlДИТУ 2 необходимо выполнить
направленной (рис. 16 9), так чтобы она действовала только при
К. 3., на шинах J J с t 2 < t 1 . При К. з. на шинах J или 1[[ защита 2
должна работать помимо реле направления мощности (как макси
М8дьная токовая защита) с вьшержкой t > /1 И /3 (рис. 16 9).
Таким образом, На трансформаторах с двyx u трехсторонним,
пuтaHUe;;1t для обеспечения селективности нео6ходи.М,О прu,М,еfl.чть
наnра8Лf!flНЬJe защиты.
Следует, однако, иметь в виду, что при наличии защиты шин и
u
УСТРОИС'IВ резервирования отказа выключателеи на присоединениях,
питающихся 0'1' шин (СМ. rл. 20), вероятность работы максималь
ных заll ИТ трансформатора очень мала. fIоэтому на практике в це-
лях упрощения защиты допускается применение простых токовых
защит, особенно если на защищаемом трансформаторе имеются АПВ
или АВР. Направленная защита устанавливается только на особо
ответственных трансформаторах.
С целью упрощения защиты по «flравилам Э.,ТIектротехнических
установок» допускается не устанавливать защиты на одном из сто-
рон трехобмоточноrо трансформатора, при ЭТО1vI выполняют защиту
со стороны OCHoBHoro питания с двумя выдержками времени; с мень...
u . u
шеи из них эта защита деиствует на отключение выключателя, не
ИI\IеIОlцеrо защиты от сверхтоков.
n) Токо ая заlцита обратной последовательности
Защита реаrирует па ток обратной последовательности, паяв"
JJ яющийся при несимметричных к. з. внешних и в трансформаторе.
- Схема защиты показана на рис. 16 10. Защита состоит из TOKOBoro
реле Т2' .включенноrо через фильтр обратной последовательности
Ф2' и реле времени В, обеспечивающеro необходимую выдержку Bpe
мени.
Т о к с р а б а т ы в а н и я з а щ и т ы [2С.з выбирается в об...
щем случае, исходя из двух условий [л. 5]:
1) отстройки защиты от тока небаланса фИ.,ТIьтра при максималь...
ной наrрузке трансформатора:
[2С. 3> [Rб. макс;
( 16 6)
2) соrласования по чувствительности с защитами присоединений,
отходящих от шин, на которые ВКЛIочен трансформатор:
[2С.з > [2расч,
(l6 7)
[де [2расч ток [2, проходящий по трансформатору в условиях не...
симм.етричноro к. з., при котором защита рассматривае.МОro присое...
динения находится на rрани срабатывания.
Определение [2расч дано в [Л. 6]. Анализ показывает, что при
[с.3 == (O,5+0,7)/ROM трансформатора условия (l6 6) и (16 7) обычно
выполняются.
490
Отсюда следует, что чувствительность защиты обратноЙ после
дО8ательности при несuмметРИЧНblХ К. з. получается з1tачuтелыю
60Лbluей l чем у максимальной защumЫ 1 у котороЙ 1 С.3 > 1 НОМ.
Н а т р е х о б м о т о ч н ы х повысительных трансформато
рах, имеющих питание с двух или трех сторон, для обеспечения се..
лективности при несим
метричных внешних к. з.
необходимо применять Ba
правленную защиту с opra..
ном направления мощно
сти, реаrирующим на :ыощ..
ность обр атной последов а..
7ельности.
Защита обратной после
довательности реаrирует
только на _ двухфазные и
однофазные к. з., поэтому
она . обычно дополняется
приставкой от трехфазных
к. з. Последняя выпол
няется, как и на [eHepaTO
р ах ( 15 5), в виде ОДНО4
фазной l\!IаКСИl\:iaЛЬНОЙ за-
щиты с блокировкой по
напряжению (реле Т и Н
на рис. 16 10).
Защита 12 MO}I{eT применяться и на понизительных трансформа..
70рах.
п итшlt.ll'
от системы
и
retll'pamophl
ЭЛl'/(тростutlцuи
Рис. 16.10. Токовая защита обратной после..
l1.0вателыюсти на повысительном трансфор
,шторе.
r) Токовая защита нулевой последовательности
Защита на трансформаторах реаrирует на ток 10' появляющийся
при внешних к. з. (однофазны и двухфазных на землю) и в транс..
форматоре. Она устанавливается на повысительных трансформато..
рах со стороны обмотки высшеrо и среднеrо напряжения, если по..
следние соединены по схеме звезды и работают с rлухозаземленной
нулевой тОЧI{ОЙ. Защита имеет два варианта исполнения, показанные
па рис. 16 11, а и б. В обоих случаях защита состоит из TOKOBoro
реле То, включенноrо на ток нулевой последовательности 10. В схеме
на рис. 16 11, а TOI{ 3/0 получается от трехтрансформаторноrо
фи.пыра нулевой последовательности, а в схеме рис. 16 11. б
от трансформатора тока, включенноrо в провод, связывающий ней..
траль трансформатора с зеl\:iлей. Вторая схема проще и охватывает
своей зоноЙ действия обмотки звезды силовоrо тр.ансформатора.
Блаrодаря указанным преимуществам она рекомендуется к приме-
нению.
Ддя обеспечения селективностй защита выполняется с реле Bp
мени В.
491
т о к с р а б а т ы в а н и я защиты, ВI{люченной на ток в за.
земляющем проводе трансформатора (рис. 16 11, б), выбирают, ис.
ходя ИЗ двух условий:
1) Для соблюдения селеl{ТИВНОСТИ защита трансформатора долж"
на быть соrласована по чувствительности с защитами нулевой
последовательности линий, отходящих ОТ шин электростанции А
(рис. 16 11, в).
2) Защита должна надежно действовать при однофазных и двух-
фазных !{. 3. В !{онце наиболее длинной линии, отходящей от шин А.
Л2
/(
w
Л!
t
l J л! . ЗлО
1 АI
t !
".
ЛцтаНUI!
а)
б)
6)
Рис. 16 11. Токовая защита нулевой ПОС.ТIеДователь ости повысительноrо TpaHC
фОР:\lатора.
а защита ВКJ1ючается на трехтрансфор аторный фИJ1ЬТР 10: б нз ТОК в неiiтраJ1И TpaHC
форматора; е схема сети с распреде.пениями TOI-':OB 10'
По пеРВО:VIУ условию
1 С. 3. т == kи3/0расч,
(16 8)
,.
rде 1 орасч TOI{ ну левой последова1ельностИ в т р а н с фор м а ..
т о р е при однофазном и двухфазных I{. з. на зеМЛIО в условиях,
I{оrда зашита, с I{ОТОРОЙ производится cor ласование по чувстви
тельности, находится на rрани срабатывания, т. е. !{оrда ток 3/0
в этоЙ зашите (напршv.ер, в ЗпО линии /11) равен ее TOI{Y срабаты-
вания: 3/0.1 == I с . з . по . КаЕ видно из рис. 16 11, в, на OTOpOM при
ведена в I{ачестве примера схема сети, TOI{ 31 от в нейтрали трансфор..
матора составляет часть TOI{a 310М проходящеrо в линии. Это OTHO
шение характеризуется I{оэффициентом распределения k T == 31 от/31 0.'1.
Отсюда 3//)т == k T . 3/0.'1. Допустив, что 31 оп == 1 С.3.ЛО' найдем соответ-
ствующиЙ этому ток в нейтрали трансформатора
3/ от == 3/0расч =:;; k T l с. 3. по.
(16 8a)
492
Сделав подстановку (16 8a) в (16 8), получим:
1 С. 3. Т == k и k т l С. э. пО'
По второму УСЛОВИЮ J С.3.Т должен быть MeHbtue минима.пьноrо
sначения тока 3/от.мин, проходящеrо по нейтрали трансформатора
при к. з. на землю в конце
.,'1инии (в точке К на рис.
16 11t 8). Соrласно ПУЭ при
к. з. В I{онце отходящих ли
ний коэффициент чувствитель-
3/
ности k ч == 1 от. МИН ;:;:: 1,2.
С.3. т
Выдержка време-
н и (на реле В) выбирается
из условия селективности с за-
щитами присоединений, отхо-
дящих ОТ шин станции, со сто-
роны которых установлена
рассматриваемая sащита.
На трехобмоточ-
ных трансформато-
р а х (рис. 16 12), имеющих
две обмотки (1/ и ///) с за-
u u
sемленными неитра.,'1ЯМИ, защиты нулевои последователь ности ВЫ-
nол.няЮтся направлеННЫМJI, что необходимо для обеспечения CeJleK
тивности.
Защита на aBTOTpaHC
форматорах. На выполне-
ние этой защиты ВЛИЯЮТ
особенности автотрансфор-
маторов, и" она поэтому
имеет некоторые отличия
от трансформаторной за-
щиты:
1. У автотрансформато-
ров S а з е м л я 10 Т С Я
концы обмоток среднето
напряжения, являющиеся
общей частью обмотки авто-
трансформатора. Как YKa
sывалось, по общей части
обмотки протекают встреч-
но направленные токи выс"
шеrо и среднеrо напри-
}J{ения (рис. 16 2, 6).
При к. з. на землю (рис. 16 13) в сети одноrо напряжения (на-
пример, в точке К) в заземляющем пJ'оводе течет ток 310 ::::: 310с
31 ОП' Этот TOI{ ПО.;rJучается меньше СВОИХ составляющих и может ока-
r 11
,
tu A
i
6t
t
'З ! ;J r
. t}
I Jf ЛО с "
I I ..... +....-
L J
(16 8б)
r Питоние
Рис. 16.]2. Направленная защита нуле-
ВОЙ последовательности трехобмоточноrо
повысительноrо трансформатора.
ttt
If
..........
f
4 л о с
f lIoJr
Рис. 16 13. Размещение защиты нулевой по-
следовательности на автотрансформаторе.
..
493
заться недостаточным для надежной работы защиты. Поэтому за
щита нулевой последовательности в заземляющем nроводе aвтoтpaHC
форма/пора не устанавливается, ее включают на трехтраflсформа
торный фильтр / о" устанавливаемый СО ClnopoHbl выводов высшеzо
u среднеzо напряжения. При таком исполнении она реаrирует на
полные токи 3/ О высшеrо
и среднеrо напряжения, т. е.
на 3/ 0в и 3/ ос соответст-
венно.
2. Вследствие наличия
электричеСЕ:ОЙ связи между
оБМОТЕ:ами высшеrо и среднеrо
напря}кения автотрансформа-
тора к. з. на зеr-ллю на сто..
роне одноro напряжения BЫ
зывает токи / о на стороне
друrоrо.
В связи с этим возникает
необходимость в cor ласовании
выдержек времени защит ну-
левой последовательности на
выводах высшеrо и среднеrо
напряжения автотрансформа-
тора. Для обеспечения селек...
тивности эти защиты выпол",
няются направленными (рис.
16 14), так чтобы каждая из
них действовала только при
К. з. В сети CBoero напряже..
ния.
3. Наличие автотрансчор-
маторной связи между сетями
высшеrо и среднеrо напря}ке..
ния приводит к необходимо..
сти соrласования выдер}кек
времени защит, реаrирующих
на ток / О, в сетях одноrо напряжения с защитами сетеЙ дру-
roro напря}кения. Это увеличивает число ступеней и вызывает
повышение выдержек времени на защитах. Для их уменьшения
защиты нулевой последовательности на автотрансформаторах реко-
мендуется выполнять двухступенчатыми (рис. 16 14). Первая
ступень осуществляется в виде отсечки с t == 0,5 сек. Она OT
страивается от быстродействующих защит присоединений, отхо"
дящих ОТ шин. Вторая ступень выполняется как чувствительная
защита, полностью резервирующая защиту следующеrо участка
сети.
т о к с р а б а т ы в а н и я з а ш; и т ы ДОЛiкен отстраиваться
от тока небаланса, возникающеrо в трехтрансформаторном фильтре
lJ
JtJ o
От ТН шин А
питание
,.
Рис. 16-14. Направленная защита нуле-
вой последовательности автотрансформа-
тора, имеющеrо двустороннее питание то-
ками 10'
434
10 при междуфазных К. 3., И соrласовываться по чувствительности
с защитами отходящих линий соrласно (16 8б).
Ток небаланса определяется так же, как и в аналоrичной защите
линий (см. rл. 8).
д) Защита от внешних К. 3. на землю повысительных транс..
форматоров, работающих с раЗ3емленной нейтралью
Для оrраничения токов к. з. часть повысительных трансформато
ров работает с разземленной нейтралью. Для таких трансформато-
ров возникает опасность при выделении их на изолированную
работу на сеть, имеющую замыкание на землю одной из фаз.
Подобные условия. MorYT возникнуть, если, например, при одно-
фазном к. з. на одной из линий (рис. 16-15, а) ее защита или вык.пю
чатель откажут Б действии. Т оrда все присоединения, питающие место
т,
б)
Рис. 16 15. Защита от внешних однофазных К. з.
повысительных трансформаторов, работающих с
а) изол ированной нейтралью.
к. з. током 1 о, отключаются резервными защитами (точки отклю"
чения отмечены на чертеже крестиком), а трансформатор Т 2 с неза..
зсмленной нейтралью останется работать на выделившийся участок
сети с повреждением в точке К. Как известно, в такой сети при заl\lЫ"
кании на землю возникают опасные перенапряжения, которые MorYT
повредить изоляцию трансформатора.
Для предупреждения этоro трансформаmОРbl работающие с изо..
лировш,uюЙ нейтраЛЬЮ 1 дОЛЖНbl иметь резерВ1iУIО защиту, отклю-
чающую их при заМblка1iИЯХ 1ia землю рШiЬUlе l чем Mo yт отключиться
пzра1iсформатОРbl с ЗQземле1i1iblми 1iейтралями.
В качестве указанной защиты может применяться:
1) токовая 3аLЦита нулевой последовательности, установленная
па параллельно работающих трансформаторах с заземленной
неiiтралыо.
6)
72
495
Д Т'Iя этоrо на защите нулевой последовательности трансформа-
тора Т 1 с заземленной нейтралью предусматриваются две выдержки
времени (рис. 16-15, б). С меньшей выдержкой защита arключает
трансформатор Т 2 с разземленной нейтралью, а с большей TpaHC
форматор т 1 с заземленной нейтралью;
2) защита, реаrl:fрующая на появление напряжения и о
(рис. 16 15, в). Эта защита выполняется с помощью чувствительноrо
реле повышения напряжения Но, которое включается на разомкну-
тыЙ треуrольник шинноrо трансформатора напряжения.
При к. з. на землю сети защита Н о приходит в действие и отклю-
чает трансформатор с разземленной нейтралью с выдержкой времени
меньшей, чем на защитах J о трансформаторов с заземденной ней-
традью.
Напряжение срабатывания реле НО arстраивается от U нб и соrла
суется по чувствительности с защитами отходящих линий;
3) фильтровая защита, реаrирующая на ток J 2' появляющийся
при к. з. на землю.
Подные схемы указанных выше вариантов защит приведепы
в [л. 5].
е) Токовая защита с пуском по напряжению
Принцип действия и схема защиты аналоrичны подобной же за-
щите reHepaTopoB. Так же как и на J;'eHepaTopax (см. 15 4, б), эта
защита может выподняться с пуском от трех реле минимадьноrо на-
пряжения или с комбиниро
ванным пуском ar реде /12 и
реле, реаrирующеrо на пона...
жение напряжения сети /1.
8 Последняя схема как бодее
чувствительная рекомендует-
ся к применению и показана
на рис. 16 16. Защита с nyc
ком ПО напряжению не дей-
ствует при nере2РУЗках в свя
зи С этим отпадает необходи..
мость в отстройке -токовых
реле защиты Т от аварийных
наrрузок, что и позводяет по-
лучить бодьшую, чем у про.
u u
стон максимадьнои зашиты.
чувствитедьность.
Ддя улучшения чувстви.
тельности пуска по напря-
жению цепи напряжения защиты обычно питаются от трансфор-
матора напряжения, установленноrо с той стороны трансфор-
матора, rде доджна деЙствовать рассматриваемая заЩIlта. Уставки
защиты выбираются соr.пасно формулам (15 21) (15 22).
f
Сц,?Нал
От ТН
Рис. 16 16. Максимальная токовая защита
двухобмоточноrо трансформатора с пус-
ком оТ напряжения.
496
16-3. ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕfРУЗI(И
а) Защита трансформаторов
На трансформаторах, находящихся под наблюдением персонала,
защита от переrрузки выполняется действующей на сиrнал посред
ством TOKOBOro реле 3, показанноro в схеме на рис. 16 5. Токовое
реле' 3 устанавливается в одной фазе, поскольку переrрузка Tpa c"
форматора возникает одновременно во всех трех фазах. Чтобы из..
бежать излишних сиrналов при коротких замыканиях и кратковре-
менных переrрузках, предусматривается реле времени, обмотки KO
TOpOro должны быть рассчитаны на длительное прохождение тока
(на схеме на рис. 16 5 не показано).
- Т о к с р а' б а т ы в а н и я выбирается из условия возв рата
TOKOBOro реле при номинальном токе трансформатора:
1 с.з == kk" 1 "ОМ,
воз
rде k и == 1,05. .
В р е м я д е й с т в и я переrрузочной защиты выбирается на
ступень больше времени максимальной защиты трансформатора:
fneper == fМ8RС.З + Д/.
На подстанциях без дежурноrо персонала защита от переrрузок
ЕЫПОЛНЯется трехступенчатой. Первая ступень работает при малых
переrрузках и действует на сиrнал, передаваемый с помощью теле..
.механики на дежурный пункт. Выдержка времени t 1 == tМ8Rс.защ +
+ дt. Вторая ступень действует при больших переrрузках, коrда
требуется быстрая разrрузка. Эта ступень действует на отключение
части потребителей, разrружая трансqюрматор до допустимоrо
значения. Выдержка времени второй ступени /2 IдоПt rде t доп
допустимое время переrрузки, определяемое переrрузочной харак"
теристикой траНСфОРl\'lатора.
Третья ступень страховочная, она действует на отключение
трансф матора, если по каким либо причинам вторая ступень не
осуществит разrрузки. Выдержка времени t з == (/2 + дt) < i доп .
Н а т р е х о б м о т о ч н ы х трансформаторах переrрузочная
защита ДОЛ)I{на устанавливаться таким образом, чтобы она, BO
первых, реаrировала на переrрузку любой из трех обмоток и,
во-вторых, обеспечивала защиту при работе трансформатора в pe
жиме, коrда одна из обмоток отключена.
Руководствуясь этими соображениями, на трехобмоточных транс-
форматорах с одинаковой мощностью обмоток и односторонним
питанием переrрузочную защиту устанавливакл только на питаю
щей обмотке. При неравной мощности обмоток защита устанавли
ается на всех трех обмотках.
-- На трехобмоточных трансформаторах с равной мощностью об-
моток и двусторонним питанием защиту следует ставить на обеих
питающих обмотках.
{97
б) 3аlllита от переrрузки автотрансформаторов
Защита от переrрузки автотрансформаторов выполняется на
основе требований к защите трехобмоточных трансформаторов
с учетом особенностей токораспределения в обмотках автотрансфор-
матора и различия номинальных мощностей обмоток. Заu{иmа от
nере2РУЗКИ должна реасироваmь на nере2РУЗКУ последовательноЙ (П),
общей (О), u дополнительной (Д) обмоток автотрансформатора
(рис. 16 17, а).
Номинальный (допустимый) ток в последовательной обмотке
(относящейся к высшему напряжеНИIО) определяется по проходной
мощности Sпро ", а для общей части обмотки и обмотки нqзшеrо
напряжения (соединенной в треуrольник) по расчетной (или
типовой) мощности Sрасч (см. рис. 16 2).
1
. HO!f1.FI1
-'в н l
об.
pn
х [си
EDl
ffiJ
а
!I JlIl2PYJlft! t t 'с
C b /о5щ
z
с
а) б) 6')
Рвс. 16 17. Размещение защит и токораспредедение в об!\ютках "автотрансфор"
матора при переrрузках.
Q В трехфазной схеме при одностороннем питании; б ТОI<ораспределение при одно..
стороннем питании; в при двустороннем питлнии.
Для контроля за переrрузкой обмотки среднеrо напряжения
(общей) переrрузочное реле должно устанавливаться в нулевых
выводах автотрансформатора, по которым протекает ток l оощ .
Переrрузка последовательной обмотки (высшеrо напряжения) и
обмотки низшеrо напряжения учитывается по току в 13ыводах
высшеrо и низшеrо напряжения соответственно. Места установки
реле Р п отмечены на рис. 16 17, а кружком.
Необходимость установки защиты от переrрузки той или ИНОЙ
обмотки автотрансформатора определяется на основе анализа токо..
распределения при различных режимах ero работы. Так, например,
при переrрузке обмотки низшеro напряжения в режиме, коrда
сторона среднеrо напряжения отключена, ток на стороне высшеrо
напряжения может быть меньше номинальноrо, так как мощность
обмотки низшеrо напряжения равна Sрасч И меньше SПРОХ t по KOTO
рой определяется /ИОМ на стороне высшеrо напряжения. Отсюда
следует, что на обмотке нuзше20 напряжения всех автопlра!tсформа .'
торов необходимо устанавливать заu{uту от nере2РУЗКИ.
Рассматривая токораспределение... на понизительном трансфор
маторе, Иl\lеющеl\l питание со стороны высшеrо напряжения
498
(рис. 16 17, 6), I\ЮЖНО сделать ВЫВОД, что при переrрузке обмотки
высшеro напряжения токи в обмотках среднеrо и низшеrо напряже
ния MorYT быть ниже поминальноrо. СледоваmеЛЬНО 1 на aвтoтpaHC
формamораХ 1 uмеющuХ nитание на стороне высшеzо наnряжеНUЯ 1
необходи.МО устанавливать заu uтУI реazuруюu уlО на nереzрузку
эmoй стороны. Указанная защита будет также защищать и общую
обмотку автотрансформатора, так как переrрузка этой обмотки
будет сопровождаться переrрузкой обмотки высшеrо напряжения.
При работе автотрансформаторов в режиме передачи энерrии
со стороны высшеrо и среднеrо напряжения на сторону пизшеrо
напряжения в общей обмотке проходит ток 1 общ :::::= 1 в + 1 с
(рис. 16 17, в).
В этих условиях общая обr\1отка может переrружаться при
отсутствии переrрузки в двух друrих обl\Iотках автотрансфор
матора.
На автотрансформаfnораХ 1 работающuх в указанном реЖИ.ме l
необходи.МО устанавливать заu иту от nepezpY3Ku на нулевых BЫ
водах общей обмоткu. Т акая же защита должна предусматриваться
!На автотрансформаторах, в которых энерrия передается со стороны
среднеrо напряжения одновременно на высшее и низшее напря
жение.
Более полный анализ переrрузки обмоток автотрансформатора
приводится в [л. 5, 6]. в соответствии с этим анализом защита
от переrрузки должна устанавливаться на понижающИХ aBTOTpaHC
форматорах при питании со стороны высшеrо напряжения, на сто.
ронах высшеrо и низшеrо напряжения.
На тех же автотрансформаторах, имеющих питание и со CTO
роны обмотки среднеrо напряжения, защита ставится и на ну левых
выводах. На повЫСluпельнbtХ l18mотрансформamорах защита ycma
навливается на всех трех обмотках. .
16.4. ТОКОВАЯ ОТСЕЧ КА
Токовая отсечка является С&'\10Й простой быстродействующей
защитой 9Т повреждений в траНСфQрмаТQр е, .действующей с t О.
Однако ова не является полноценной, так как реаrирует только
1 на большие токи повреждения и охватывает своей зоной действия
. лишь часть трансформатора.
Отсечка не действует при витковых З&'\1ыканиях и замыканиях
на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыка
ния на землю, и является по существу защитой от к. з. (между"
фа,.зных и однофазных).
...;I ТОК к. з. при повреждении на выводах трансформатора со сто..
, роны источника питания (в точке К 1 на рис. 16 18, а) обычно 3Ha
"чительно бодьше, чем при повреждении за трансформатором (в точ
11 ке К 2 ). Такое соотношение токов и дает возможность использовать
Iдля защиты трансформаторов токовую отсечку MrHoBeHHoro деЙ.
jствия (Pl:lc. 16 18, б).
499
Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора
и выполняется при помощи MrHoBeHHbIx токовых реле 1 илй элек
тромаrнитноrо элемента реле РТ 80, если pe.TIC этоrо типа исполь-
зованы для выполнения максимальной защиты.
,.J"' На трансформаторах, питающихся от сети с rлухозазем.пенной
I нейтралыо, отсечка устанавливается на трех фазах, а при питании
от сети с изолированной неЙтралью
на двух фазах.
т о к с р а б а т ы в а н и я отсечки
отстраивается от маКСИl\1а.;1ьнсrо тока
EopoTKoro замыкания при повреждении
за трансформатором (в точке К,;) и EЫ
ЧИС.пяется по форыуле
Для выполнения этоrо условия ток сра-
батывания должен 3 З ра превышать
номинальный ток трансформатора.
n зону действия отсечки входят оши-
новка, выводы и часть оБМОТI{И транс-
форматора со стороны, rде установлена
отсечка. В пределах этой зоны отсечка
отключает ПОВРetкдения без выдержки
времени.
Поскольку отсечка является заlUИТОЙ от внутренних поврежде
нии, она ДОЛ)I{на отключать трансформатор со всех сторон, имеющих
источники питания.
Большим достоинством отсечки являются ее простота и быстро .
действие. Ускоряя отключение повреждений на выводах транс=--= ,
форматора и в части ero обмотки, токовая отсечка вместе с тем
понижает выдерjj{КИ времени на защитах присоединений, пи
тающих шины, к которым подключен защищаемый трансфор
J
матор.
Отсечка в сочетании с максимальной заlUИТОЙ 11 rазовой защитой
(рассматриваемой НIпке) обf'спечивает хорошую защиту для транс..
формаТО}JОВ малой и средней мощности.
[н
Т?
Пfl.тПНllР
1
6)
Рис. 16 18. ТОl\овая ОТсеЧI\З.
а nринциn деЙствия; б
ОДНОЛllнеЙная схе!>.18 защиты.
НЮ
[с. з == k зап [ К2МЮ<С'
( 16 9)
("";де k з8п коэффициент запаса, ПрIlНИ
I маемый равным 1 ,25 1,5 в зависимости
от точности токовых реле (для ре.пе типа
PT 80 k зап == 1,5).
Кроме Toro, токовая отсечка ДОДп{на
отстраиваться от броска намаrничиваю
luero тока 1 нам' возникающеrо при вклю
чении трансфорr-датора под напряжение:
[с. з > [нам.
( 16 1 О)
16-5. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
а) Назначение и принцип действия дифференциальной защиты
r
Для защиты трансформаторов от к. з. между фазами, на землю
и от замыканий витков одной фазы широкое распространение полу-
чила дифференциальная защи
та (рис. 16 19). В соответствии
с принципом действия этой
защиты трансформатор?! тока
устанавливаются с обеих CTO
рон трансформатора. ИХ BTO
ричные обl\10ТКИ соединяются
так, чтобы при наrрузке и
внешних к. з. в pe.i'Ie проте
кала разность вторичных то-
ков / р == / IB 1119 (рис.
16 19, а). Тоrда при к. з. В
зоне защиты (рис. 16 19, б)
ток в реле равен суr.лме / р ==
== /IB + /I!B. Если /р > /с.Р'
то реле приходит в действие /(,
и ОТК.i'Iючает трансформатор.
Для Toro чтобы дифферен"
пиальная защита не работада
при наrрузке и внеш'них к. з.,
необходимо уравновесить BTO
ричные токи в П.печах защиты так, чтобы в этих С.i'Iучаях ток в
реле отсутствовал:
б)
а)
Рис. 16 19. Принцип Действия дифферен-
циа.тIЬНОЙ защиты трансформатора.
а внешнее К. з.; б I{. з. В трансформа
торе.
i р ==. i IB i 11 в == О.
( 16 11 )
Для этоrо необходимо, чтобы
i IB == i I1n .
06 12)
б) Особенности дифференциальной защиты трансформаторов
В дифференuиальной защите линий и reHepaTopoB первичные
токи в начале и конпе защищ емоrо участка одинаковы, поэтому
для ВЫПО.i'Iнения условия селективности (16 11) достаточно И: lеть
равенство КОЭффИllиентов трансформации трансформаторов тока.
Иное поло)кение имеет место в дифференциальной защите трансфор
маторов. ПервиЧНblе ,поки разных обмоmок mрансформапzора не ]
равны по величине и в обl,цем случае не совпадают по фазе.
В режиме наrрузки и внешнеrо к. з. ток трансформатора на
стороне низшеrо напряжения /11 всеrда бо.i'Iьше тока на стороне
высшеrо напряжения /1' Их соотношение опр деляется коэффи
циентом трансформаЦИll силовоrо трансформатора.
501
В трансформаторе с соединением оБМОТОI{ звезда треуrоль
ник токи /1 И / II раздичаются не только по величине, но и по фазе.
, Уrол сдвиrа фаз зависит от rруппы соеди
нения обr-лоток трансфор]'\латора. При наи
А Ш С. 1O " более распространенной, одиннадцатой
rруппе линейныЙ ток на стороне TpeyrO.J1b
Х у Z ника опережает линейный ток со стороны
Y/zj=!1 звезды на 30° (рис. 16 20). В трансформа-
'!I. торах с соединениеl\'1 обr-лоток звезда звезда
токи /1 и /II или совпадают по фазе, или
сдвинуты на 180°.
т аким образом, для вblпОJlнения условllЯ I
селекtпивности (16 11) необходимы специаJlЬ- I
ные меры по 6ыравнивШl?lЮ вторичных токов
/IB === /I/пTI и /IIB::::::: /I1/п T II как по вели-
чине, так и по фазе, с тем чтобы посту...
пающие в реле токи были равны.
Компенсация сдвиrа токов по фазе осуществляется соединением
в треуrольник вторичных обмоток трансформаторов тока, установ-
ленных на стороне звезды силовоrо трансформатора (рис. 16 21).
II Ь
4. J
Рис. 16 20. Образопание
уrловоrо сдвиrа между
:токами силовоrо TpaHC
форматора.
*) I МН2)
t lC;(2)
1200 120"
· /8C(2)
'с /200 'о
[CAf2J
?П 1?/
O
Ic 1200 16
'аЬ 'ь
......
10
ТТО
. . .
r
la
;J
[bC(2)
' СО (2)
Рис. 16 21. Токораспределсние и векторные диаrра Il\1Ъ1 токов в
схеме дифференциальной защиты.
Соединение в треуrольник обмоток трансформаторов тока должно
точно соответствовать соединени!{) в треуrольник обмотки силовоrо
трансформатора.
502
Трансформаторы тока, расположенные на стороне треуrольника-
силовоrо трансформатора, соеДИНЯIОТСЯ в звезду.
На рис. 16 21 изображены векторные диаrраммы токов в схеме
защиты при наrРУЗI{е и внешних трехфазных к. з. Векторы первич"
ных и вторичных токов в трансформаторах тока и силовом TpaHC
форматоре показаны на диаrрамме совпадающими по фазе.
Из диаrраМlI.IЫ следует, что токи в линеЙных проводах трансфор-
маторов тока, соединенных в треуrольиик, 1 АЛ(2)' 1 ЛС(2)' 1 СА(2),
сдвиrаются относительно соответствующих фазных токов во BTO
ричной И первичноЙ обмотках трансформаторов тока на уrол 300.
Токи в проводах второЙ rруппы трансформаторов тока 1 аЬ(2)'
1 Ьс(2) И 1 са(2) совпадают по фазе со СВОИ!\iIИ первичными токами
11 поэтому сдвинуты ПО OT
ношению к первичному TO
ку звезды СИЛОЕоrо тр анс.
форматора, так ж:е как и
токи 1 АЩ2)' I ВС (2)' 1 СА(2)'
на уrол 300. В результате
этоrо токи, поступающие в
реде, совпадают по фазе.
Соединение одноЙ из
J'рупп трансфорыаторов TO
ка в треуrОЛЬJIИК обеспе-
чивает компенсаuию сдвиrа
фаз между вторичными и
nервичными токами сило.
Boro трансформатора не
только при симметричноЙ
наrрузке и трехфазных
к. з., но и при любом несимметричном повреждении или Harpy-
зочном режиме.
Справедливость этоrо положения наиболее просто доказывается
с помощью метод..а симметричных составляющих. Токи прямоЙ и
обратноЙ последовательностеЙ симметр чны, и поэтому токорас-
nреде.,11ение их в схеме защит полностью соответствует токораспре-
делению при трехфазном к. з. (рис. 16 21). Следовательно, соедине-
ние одной из rрупп трансформаторов тока в треуrольник, а дpy
rоЙ в звезду обеспечивает компенсаUИIО сдвиrа фаз первичных
токов прямой и обратноЙ последовательностеЙ.
Токи нулевоЙ последовательности появляются в случае к. з.
на землю и MorYT замыкаться только через обмотку трансформатора,
соединенную в звезду, при условии, что ее нулевая точка зазем-
лена. Проходя по этой обмотке, токи нулевоЙ последовательности
трансформируются в фазы обмотки, соединенные треуrольником
(рис. lб 22).
В контуре треуrольника токи 10 каждой фазы направлены после-
доватеЛЫ-IО и поэтому циркулируют в нем, не выходя за ero пре-
делы (рис. 16-22). Это означает, что в дифференциальной защите
'0"'11
/0=0
Рис. 16-22. Прохождение токов нулевоЙ
последовательности в схеме nифференциаль-
ноЙ защиты.
..
503
трансформаторов с соединением обмоток звезда треуrольник
токи нулевой последовательности протекают только по трансфор-
маторам тока, установленным со стороны звезды си.повоrо транс-
фОРl\латора.
Такое протекание первичных токов равноценно токораспределе-
впю при повреждении внутри тра"нсформатора (при одностороннем
питании) и l\'южет вызвать неправильную работу защиты. Эта
опасность устраняется Tel\l, что на стороне звезды силовоrо
трансформатора (rде про
TeKaloT первичные токи
10) трансформаторы тока
соединяются в треуrоль
ник, как показано на рис.
16 22. Тоrда то'ки /0' транс-
формируясь на вторичную
сторону трансформаторов
тока, замыкаются в кон-
туре этоrо треуrольника,
не попадая в реле. Пр и
соединении трансформато-
ров тока на стороне звезды
силовоrо трансформатора
также в звезду токи нуле-........'
вой последовательности по-
лучают возможность замы-
каться через реле, что при-
ведет к неправильной ра-
боте защиты при однофаз-
ных и двухфазных к. з.
на землю в сети.
Таким образом,для KO"« 1
a с ПОМОЩЬЮ промеЖУТО1Jноrо автотрансфор- nенса ц ии сдВИ2а А-. аз (поков
матора; б с ПОМОЩЬЮ уравнитеJ1ЬНЫХ об\iОТОК rp
насышающеrося 1рансформатора. tпрансфор,,«аtпоров соеди-
ненных по схе,,«е л / Heo6
ходимо tпрансформаtпоры (пока на апороне звезды coeaUHUfпb в (пpe j
У20ЛЬНUК 1 а на crпopOHe rпреУ20льнuка в звезду.
Компенсация неравенства первичных токов силовых трансФоr
маторов и автотрансформаторов достиrается подбором коэффициен-
тов трансформации I1 T I, nтlI трансформаторов тока дифференциаль-
ноЙ защиты и параметров специально для этой цели установленных
уравновешивающих автотрансформаторов (рис. 16 2З, а) или транс-
форматоров (рис. 16 2З, 6).
К о э Ф Ф 11 Ц И е н т ы трансформации трансформаторов тока
nтI и I1 T Il выбираются с таким расчетом, чтобы вторичные токи
в плечах защиты были равны, как это требуется по условию (16 12),
при наrрузке и внешних к. з.
При соединении об1\.10ТОК силовоrо транс-
фор м а т о р а ),.,/),., условие (16 12) имеет вид: /l/n T l Ill/nTII,
t
J1.2
Фрез =р, 12 Фд
б)
Рис. 16 23. Выравнивание вторичных токов
в сХеме диффереНllиальной защиты.
504
отсюда находим, что для обеспечения равенства токов в плечах
защиты коэффициенты трансформации трансформаторов тока защиты
должны У довлетвор ять условию
п тll === [ll :::;: N
п Т1 [[ ,
(16 1 3)
тде N коэффиuиент трансформации силовоrо трансформатора.
При с о е Д и н е н и и о б м. о т о к п о с х е м е л / 6. ток
D плече, питающеI\IСЯ от трансфор:маТОРОff тока, включенных в Tpe
уrольник, равен /[ Vз, а в плече, питающемся от трансформато
I1 т1
ров, соединенных в звезду, равен III!nTlI' С учетом этоrо ypaBHe
вие (16 12) имеет вид:
[1 V [ll
3 == ,
п т [ пуп
отсюда
п тп /П
пт[ [[уз
N
УЗ.
( 16 14)
Задаваясь одним из коэффициентов трансформации, например
11 T IJt мо)кно найти, пользуясь выражением (16 13) или (16 14),
расчетное значение BToporo nTI, обеспечивающее равенство BTO
ричных токов В плечах защиты. НаЙденный, таким обраЗОI\I, nTI,
}{ак прави..10, получается нестандартным. Поэтому ИСПОЛЬЗУIОТСЯ
стандартные трансформаторы с ближаЙшим к расчетному значению
1\оэффициентом трансформации, а компенсация оставше20СЯ Hepa
еенства осуществляется с помощью выравнивающих автf!mрансфор..
;наторов или /прансформаторов. В пер в о м с л у ч а е
(рис. 16 23, а) в одном из плеч защиты устанавливается aBTOTpaHC
форматор А Т. ДЛЯ выравнивания токов в плечах защиты коэффи
циент трансформапии Па автотрансформатора подбирается так,
чтобы ero вторичный ток 111 а был равен току IIH В противоположном
плече защиты:
[Пв
1 Па == == 1 [Н 8
па
11сходя из этоrо, находят:
/llа [18
п а ==[==/8
Il8 llн
(16415)
в о в т о р о м с л у ч а е (рис. 16 23, б) применяется КО1\'шен
сируюший трансформатор Т К. Трансформатор Т К состоит из
трех первичных об.моток. Обмотки W Y1 и W Y2 (уравнительные) вклю м
чаются в плечи защиты, а обмотки W д (дифференциаль.ная) по
дифференциальной схеме на разность токов 1 IH 11 IH' Вторичная
оБI\Iотка W 2 питает дифференциальное реле Р д. Число витков ypaB
нительных обмоток подбирается так, чтобы rеометрическая CYl\IMa
505
намаrничивающих сил всех трех обмоток в условиях сквозноrо
тока была равна нулю:
/ IBW y [ / IIBWyII + (/ [в / Пв) W д == о. (l6 16)
При выполнении этоrо условия результирующая н. с. и маrнпт"
ный поток <.Dр('з в маrнитопроводе Т К OTCYTCTBYIOT, поэтому ТОК
в дифференциальном реле 1 р === о.
В рассмотренноЙ схеме неравенство токов плеч (IIB =1= / Нв)
компенсируется маrНИТНЫl\1 способом. Этот способ компенсации
удобно сочетается с дифференциальным реле, включаемым через
БНТ, и получил поэтому ШИРОI{ое распространение в COBeTCKOI\I
Союзе.
16 6. ТОI(И НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ ТРАНСФОР...
МАТОРОВ И АвтотРАНСФОРhlЛТОРОВ
а) СостаВЛЯlощие тока не5аланса
При внешних к. з. и наrрузке обеспечить полный баланс BTO
ричных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие Hepa
венства вторичных токов в реле в указанных режимах появляется
ток небаланса
/пб == i[B i IIBt
(l6 17)
который может вызвать неправильную работу защиты.
Неравенство вторичных токов обусловливается: поrрешностью
трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации
силовоrо трансформатора при реrулировании наПРЯiКения; непол
ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты;
наличием намаrничивающих токов силовоrо трансформатора, вно'"
сящих искажение в ero коэффициент трансформации.
Каждая из этих причин порождает свою составляющую / иб.
Рассмотрим эти состаВ.;']яющие и способы оценки их величины.
1) С о с т а в л я ю Щ а я bfh:r...:L вызывается наличиеr..l поrреш...
ностей (токов намаrничивания) трансформаторов тока, питающи х
защиту (рис. 1 б 19). С учетом токов намаrничивания разность BTO
rичных токов, проходящих в реле при внешнем к. з.,
. . ( i [ 1 ) ( i /1 . \
1 р == 1 [в / IIВ == [нам /I1нам I ·
n[ n п /
(l б 17 а)
Считая, что неравенство первичных токов по величине и фазе пол...
ностью скомпенсировано, получим, что /1/nI === / в/nв. С учеТО:'.l
этоrо из (l6 17a) следует, что в реле появляется ток:
f/ i нб == j IIнам 1 [нам. (l6 17б)
Выражение (l6 17б) показывает, что, как и в друrих дифферен
циадьных защитах, ток небаланса, обусловленный поrрешностью
,
506
трансформаторов тока, равен rеометрической разности намаrничи",
вающих токов трансформаторов тока защиты. Эта составляющая
тока небаланса имеет наибольшую величину и является ОСНОJ3l1 ОЙ.
2) С о с т а в л я ю Щ а я J Jjб IJ.€ r... появляется при изменении
(реrулировании) коэффициента трансформации N силовоrо TpaHC
форматора или автотрансформатора.
Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая
с помощью компенсирующеrо трансформатора или вспомоrатель
Horo автотрансформатора, обеспечивается при о п р е Д е л е н ..
н ы х соотношениях токов обмоток силовых трансформаторов,
определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене
нии N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле
появляется ток небаланса 1 нб.реr' Обычно параметры компенсирую
щих устройств (W y или Па) подбираются для среднеro значения N.
При отклонении от Hero на + дN% появляется ток небаланса
дN%
, 1 нб.реr::::::= 100 IcF.n,
(16 18)
rде 1 cF.n сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор.
Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах
предусматриваются ответвления, позволяющие изменять N в пре
делах + 54f6 номинальноrо (среднеrо) значения. у трансформаторов
с реrулировКОЙ N под наrрузкой дN == + 10+ 1590.
3) С о с т а в л я ю Щ а я н е б а л а н с а, возникающая при
неточной компенсации неравенства токов плеч. Этот небалане
1 нб.F.ОМП появляется в тех случаях, коrда реrулирующие возмож
ности компенсирующих устройств не позволяют подобрать рас..
четные значения (W y или па), необходимые для полной компен-
сации.
4) С о с т а в л я ю Щ а я, обусловленная наличием тока нама...
rничиваНИЯ..Jнам у силовоrо трансформатора. Ток намаrничивания
нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным
токами силовоrо трансформатора, что вытекает из схемы на
рис. 16 23, и вызывает ток 1 нб.наМ === 1 нам трансформатора.
В нормальном режцме 1 нам сил-овоrо трансформатора не превы
шает 1 596 номинальноrо тока; при к. з. ток намаrничивания
уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с внезап-
ным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намаrничи
вания силовоrо трансформатора резко возрастает. В режиме на...
rрузки и к. з. 1 нб.lНIМ обычно не учитывается из за малой ве.ПИ-
чины ero.
5) Компенсирующие трансформаторы и автотраНСфОРl\'lаторы
вносят поrрешность при трансформации токов плеч, что вызывает
появление небаланса. Однако этот небаланс очень мал и ПОЭТО .fу
не учитывается.
Из сказанноrо вытекает, ЧТО\flОЛНЫЙ ток небаланса 8 дифферен-
циальной заl"1ите трансформаторов при 8flеlUflИХ К. з. определяется
в OCHoвHO/ ! 1 нб.Т.Т И Illб.реro}
507
в некоторых случаях к ним добааляется ток Iнб.IСОМШ вызван
flЫЙ неточностью компенсации нерааенства токов в плечах защиты.
т аким обр азом, в обu{ем случае поЛflЫЙ ток небаланса
lнб == lнб.т.т + lнб.реr + lнб.комп. (16-19)
6) Причины повышенноrо lнб в дифференциальной защите
трансформаторов
Величина тока небаланса в дифr.реренциальных защитах транс..
форматоров Оl(азывается обычно большей, чеl\-1 в дифr.реренциальных
защитах reHepaTopOB и линий, что объясняется наличиеl\.t дополни-
тельных составляющих в токе небаланса (lнб.рс!' и 1 нб.Комп) И боль-
шим абсолютным значением составляющеЙ Iнб.т.т, обусловленноЙ
поrрешностями трансформаторов TOI(a. Последнее вызывается тремя
особеННОСТЯl\IИ, характерными для диффереII
циальных защит траНСфОРl\1аторов.
.;,/ Пер в а я из них состоит в KOHCTPYI(-
тивной разнотипности трансформаторов тока,
применяемых на стороне высшеrо и низшеrо
напряжения силовых траНСфОРl\"1аторов.
Эти конструктивные раЗЛИЧIIЯ ПОРО;i\дают
различие маrнитных хараl(теристик транс-
форматоров TOI(a и их TOI(OB Нal\шrнич:ивания,
что приводит к увеличению разности 1 IIHaM
IIH2M' опреде.пЯЮlцей величину Iнб.т.т-
Особенно реЗI(О отлпчаются хараl(тери..
стики траНСфОРl\'lаторов тока, встраиваемых
U '
в вводы масляных выключателеи (напря}}{е-
ниеl\1 35 кв и выше), от хараlпеРИСТIII( Bынoc
.
ных транссрорматоров тока, приыеняемых на
напряжения 10 и 6 кв.
I"J В Т О роЙ о с о б е н н о с т ь ю диффе-
ренциальноЙ защиты трансформаторов яв..
ляется большое сопротивление наrРУЗI(И, присоединенноЙ ко вто-
ричным обмоткам трансформаторов TOI(a, и значите 1ьное различие
сопротивлений плеч.
Сопротивление наrрузки состоит из сопротивлений соедини-
тельных проводов между трансформатором TOI(a и реле и опре.J.е
ляется расстоянием ОТ щита управления, rде устанавливаются реле,
до распределительных устройств, в которых размещаются трансфор
маторы тока защиты силовых трансформаторов. Очень часто ЭТИ
расстояния бывают значительными и неодинаКОВЫl\IИ по величине.
Кроме Toro, ну)кно учитывать, что сопротивление динейных
проводов ложится утроенной наrрузкой на трансформаторы тока,
соединенные в треуrольник, блаrодаря чему да)ке при равенстве
длин плеч трансформаторы TOI(a, соединенные в треуrОЛЬНИl{,
оказываются более здrруженныыи, чем вторая rруппа трансфор-
маторов TOI(a, соединяеl\ШЯ в звезду (см. 9 3 7).
Рис. 16 24. УСЛОВИЯ
работы дифференци"
алЬной защиrы трех-
обмоточноrо трансфор-
матора при внешнем
К. 3.
508
J
Т Р е т ь я особенность имеет :место у трехобмоточных трансфор
маторов, а так}ке у двухобмоточных с двумя выключателями на
стороне какой либо обмотки.
В этих случаях кратности токов при внешних к. з. для различ
ных rрупп трансформаторов тока дифференциальной защиты полу
чаются неодинаковыllи.. Через одну rруПпу протекает суммарный
ток к. з., В то время как через две друrие rруппы лишь часть
этоrо тока (рис. lб 24).
В результате нервые трансформаторы тока наI\.хаrничиваются
сильнее, что вызывает резкое увеличение их намаrничивающих
токов по сравнению с Н3I'"шrничивающими токами двух остальных
rj'уПП.
в) Расчет /нб
Расчетным путем ток небаланса [нб.т.т оценивается, так }ке как
и в диффереНllиальной защите [енераторов, по прибли:женной фор
му ле, из предполо}кен я, что при максимальном значении тока
внешнеrо к. 3. [к.з.макс поrрешность трансформаторов тока не пре
вышает 10 (0,1). В соответствии с этим
[иб. т. т == kоднО, 1 [к. 3. маRС,
(lб 20)
rде k одн учитывает различие в поrрешности трансформаторов тока,
образующих дифференциальную схему, k одн == 0,5+ 1; при суще.
ственном различии условий работы и конструкций трансформато
ров тока различие их поrрешностей достиrает максимальноrо зна
чения и принимается равным 1.
С учетом выражений (lб 18) и (lб 20) расчетное значение пол.
Horo тока небаланса по выражению (1 б 19) примет вид:
[иб== (kодиО,1 +L\N per ) [к.з.МRRС.
(lб 20а)
r) Меры для предупреждения действия защиты от токов He
баланса
Предотвращение работы защиты от токов небаланса достиrается
выбором тока срабатывания защиты [ср > [иб.
Очевидно, что данное условие оrраничивает чувствительность
защиты.
Для обеспечения достаточной чувствительности защиты при
нимаются меры к ..понижению величины [ иб' Уменьшение токов
не6аланса, обусловленных поrрешностью трансформаторов тока
[ нб.т.н обеспечuеается подбором трансформаторов тока и их вто':
ричной наерузки таким 06раЗОJЛ, чпzo6bl они не наСblщались при
аКСИ.мально-м, значении тока сквОЗНО20 К. з. Для обеспечения этоrо
условия трансформаторы тока и их вторичная наrрузка выбираются
по кривым 100/0 ной поrрешности или по характеристикам намаrни"
чивания трансформаторов тока.
509
Хотя указанные меры и позволяют Уl\1еньшить ТОК небаланса
(за счет снижения [lIб.т.т), ero значение остается все же БОЛЬШИl\I.
В связи С этим для повышения чувствительности дифференциальной
защиты и вместе с тем для более наде)кной отстройки от токов
небаланса применяются реле, ВКЛIоченные через быстронасыщаю..
щиеся вспомоrательные трансформаторы, и реле с торможением.
16 7. ТОКИ ндмдrничивдния СИЛDВЫХ ТРАНСФDРМЛТОРОВ ПРИ
ВКЛI-ОЧЕНИИ ПОД НДПРЯЛ(ЕНИЕ
а) Характер изменения токов намаrничиваНIIЯ
При включении силовых траНСфОРl\fаторов под напря){{ение ИЛИ
при восстановлении на них напряжения ПОС.[Iе отключения внеш
Hero К. З. в обi\Iотке, питающей трансформатор, возникает резкий
бросок тока намаrничивания, имеющий
затухающий характер (рис. 16 25). l\1a M
ксимальное значение этоrо тока в He
сколько раз превосходит номинальныЙ
t TOI{ трансформатора.
Резкое возрастание тока намаrничи
ванин объясняется насыщением маrни"
топровода трансформатора. При вклю м
чении трансформатора под напряжение
оно появляется на ero обмотке внезапно.
Аналоrичная картина имеет место на трансформаторе после отклю.
1Jения К. з. при восстановлении напряжения (рис. 16 26).
, Во время к. 3. напряжение на трансформаторе понижается
в пределе до нуля. После отключения повре}кдения (точка В) про.
исходит скачкообразное восстановление напряжеНliЯ на зажимах
тр ансформатор а.
(j
А 1 на м
Рис. 16 25. Характер изме-
нения НЮlаrничивающеrо то..
ка по времени.
ц)
t
т
(3) .
А
6)
Рис. 16 26. Восстанов.пеипе иапряжения
на трансформаторе пос.ле отключения к. з.
в обоих случаях маrнитный поток в сердечнике трансформатора устанав.}1И.
вается не сразу. Возникает переходныЙ процесс, сопровождающиЙся появлением
двух потоков: установившеrося Фу и свободноrо. цостепенно затухающеrо Ф СВ
(рис. 16 27). Резу.пьтирующиЙ поток Ф Т == Фу + Фсн; В нача.ПЬНЫЙ М0меН11
(t == О) Ф 1 "о:::з О И поэтому Ф СВО =::; so. Во втором по.пупериоде знаки обоих
510
потоков совпадают и результирующий поток трансформатора достиrает макси..
мума Фт.м к('
Установившийся поток Фу отстает от напряжения и т на 900, поэтому вели
чина свободноrо потока Ф СВО ' а следовательно, и Фт.макс зависят от фазы U Т и
Достиrают наибольшеrо значения при включении трансформатора в момент пrо
ХОЖД(i'ния и т через нуль. В этом случае без учета затухания Фт.маJ{С 2Ф\..
Величина потока Фт.макс может достиrать и больших значении, если маrнитопрЬ
ЕОД трансформатора имеет остаточное намаrни
чивание и соответствующий ему поток ф оет co
впадает по знаку со свободным потоком Ф СВ.
Тоrда Фт.макс == (2Ф у + Ф ост ) > 2Ф у '
При потоках, близких к 2Ф у , маrнитопро
ВОД трансформатора насыщается, что и обуслов
ливает резкий рост (бросок) намаrничивающеrо
({'ока {нам трансформатора.
ф
t
Изменение тока [нам по В ремени ха...
рактеризуется следующими особенно..
стями:
1. Кривая тока носит асимметричный
характер до тех пор, пока [нам не до..
стиrнет установившеrося значения.
2. Кривая мо}кет быть разло}кена на
апериодическую составляющую и сину
соидальные токи различных rармоник. Апериодическая составо;"IЯЮ'"
щая имееТ весьма большое удельное значение.
3. Время затухания токов определяется постоянными времени
трансформатора и сети и мо}кет достиrать 2 3 сек. Чем мощнее
трансформатор, тем дольше продолжается затухание.
4. Первоначальный бросок тока может достиrать 5 10 KpaT'"
Horo значения номинаЛЬНОl'О тока трансформатора. Кратность
броска тока на мощных трансформаторах меньше, че 1 на мало...
мощных.
Ток намаrничивания [нам т появляется только в одной обмотке
силовоrо трансформатора, той, на которую подается напряжение
при ero включении. Как видно из рис. 16 26, в, этот -ток трансформи
руется через трансформатор тока защиты и поступает в реле, вызы,.
вая ero работу, если [нам.т. > [с.э. Для предотвращения ложной
работы дифференuиальной защиты под действием [нам.т принимаются
спеuиальные меры, рассмотренные ниже.
Рис. 16 27. l\lаrнитные по
токи в сердечнике трансфор
матора при включении ero
ПОД напряжение.
б) Способы предотвращения работы защиты от бросков тока
намаrничивания
Наиболее простым и ранее широко применявшимся является
способ замедления защиты на время порядка 1 сек. Однако при
этом терялось наиболее иенное свойство защиты ее быстродей
ствие. Применялись и друrие, более сложные способы отстройки
от токов намаrничивания с сохранением быстродействия (блоки...
рОБКИ от понижения напряжения, торможение от токов высших
rармоник и т. д.). .
511
. Опыт эксплуатации показал, что эти способы себя не опраВда.пп'
онн приводили к усложнению защиты и не давали достаточно надеж:
ной отстройки от намаrничивающих токов. Поэтому в Советском
Союзе указанные способы не рекомендуются к применению.
На основании работ ВНИИЭ, ТЭП и опыта эксплуатации ЭIЕ рrо
систем в настоящее время в СССР приняты два способа ОТСтроЙки
от токов намаrничивания.
Пер вый ИЗ них заключается в применении быстронасыщаю
щихся трансформаторов (БНТ), через которые включаются диф.
ференциальные реле [Л. 66, 67]. БНТ не пропускают апеРIIО,:щче.
cKoro тока, составляющеrо значительную часть тока на лаrШiЧива.
ния, и позволяют, таКИl\1 образом, надежно отстроить ди rt х1!Е:'оен.
Ci. 1
циальные реле от намаrничивающих токов.
В т о рой способ состоит в отстройке тока срабатывания реле
от тока наl\13rничивания по величине. На taKO:-'l принципе I3ЫПОЛ.
няется защита, называемая дифференциальной отсечкоЙ.
Преимуществом обоих способов являются: простотз, наJ,еж
ность и сохранение OCHoBHoro достоинства диФФереНЦII.1.1f::.Н'-Jй за.
щиты быстроты действия.
16 8. СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
.
а) Варианты схем токовых цепей защиты
Схемы токовых цепеЙ защиты На трансформаторах с СО: )JIше.
нием )..) , l\10rYT выполняться в двух вариантах: по ПО.lнс)(r Tp X
фазной схеме, показанноЙ на рис. 16 21 с тремя реле, и упрт:J,Е:'ШlOИ
cxe ie в двухфазном исполнении на стороне треуrольника C]f'lOBOrO
трансформатора (рис. 16 28, а) с ДВУl\IЯ или треl\1Я ре.ле.
Упрощенная схема позволяет СЭКОНО ПIТь один траНСфОР:\13ТОР
тока. В этой схеме вместо ПрОБода отсутствующей фазы В Ii;:ПО,1Ь.
зуется нулевоЙ (обратный) провод, в котороы, как это С:Iе,1}:ет из
токораспределения на рис. 16 28, а, проходит rеО lеТрltчеСI\ая
сумма противоположно направленных токов фаз А и С, Т. С. ток;
совпадающий по величине и Н(lправлению с током отсутстз)'ющеи
фазы В (рис. 16 28, б):
i обр == ( i а) + ( i с) == J ь'
Поэто;..!у при всех случаях внешних к. з. токн В реле УПРОJLенной
схемы балансируются так же, как и в полной трехфазноЙ cxe !e.
В этом мо)кно убедиться, построив распределение токов в цеПЯХ
защиты при всех видах внешних к. з. или, что проще, раСС\lOтрев
для этих повреждений распределение токов прямой, обратно:! и
нулевоЙ псследовательностей.
Упрощенная схема Иl\lеет два недостатка. ПервыЙ COCTO!iT в то л
что она не действует при двойных замыканиях на зе1\lЛIO на сторон....
низшеrо напряжения в тех случаях, коrда земля в трансфор ;аторе
512
возникает на фазе, не Иl\lеЮULей трансфор:vtатора тока. Это повреж.
дение будет отключаться друrими защнта ш трансфор;..t3Торй
маКСИМ(l,;lЬНОI':1 или rазо
вой или защитоЙ по
врежденной линии.
Второй недостаток
заключается в повышен
ной вели!шне тока He
'баланса в ре.lе фазы В
(рис. 16 28, а). В ЭТО:"l
. реле бзлансируются не
два тока, l(ак обычно, а
три: 186 со стороны Tpe
. уrОЛЬНI!ка и ТОЮI двух
трансфор аторов тока а
и Ь со стороны неПОJIIIОЙ
звезды. В результате
этоrо 1 нб равен reOi\leT
рическоЙ разности трех
намаrничиваюrдих токов
(i нама + JН;)'М!J) 1 fш.IВ!:::.
вместо двух в трех.
фазноЙ схеме (Iнзм!)
lнзмВ6)' Наличиеотме.
ченных недостатков or.
раничивает применени
упрощенноЙ схем:ы. На
траНСфОР:VIаторах большой и среднеЙ мощности следует применять
трехфазную схему как более совершенную.
А
{}
с
t 1
I JJ
..........н.
t Н t
....."...
t ' .
'lа !..,
",,"1 ..с
./ I
" ;
I '....J
J I /". .
2с I t-./ l2ь=( a/+(!zc)
2а . .
1}{ =("-/са)r(f2С)
о}
t
tl
.
f c
.........."...:12 t:
i' I О .
" !za
ь с
а)
Рис. 16 28. Упрощенная CXe;\Ia дифференциаль-
ной защиты.
а схема; б векторная диаf'раМ lа.
б) Дифференциальная токовая отсечка
Дифференциальная токовая отсечка выполняется посредством
простых токовых реле, деЙствующих на отключение без выдержки
времени. Схема защиты показана на рис. 16 29. .
Основным условием правильноЙ работы защиты является ОТ-
строЙка тока срабатывания реле защиты от бросков наl\lаrничиваю.
щих токов, возникающих при включении траНСфОРl\lатора, и токов
небаланса при внешних к. з.
Для облеrчения отстроЙки от MrHoBeHHoro лика бросков HaMar
ничиваЮULИХ токов на выходе защиты следует устанавливать про-
межуточное реле с временем деЙствия O,04 O,06 сек. За это время
Величина намаrничивающеrо тока успевает снизиться, что позво
Jlяет не отстраиваться от максимальноrо броска намаrничивающеrо
То к а.
ТОК срабатывания для отстроЙки от токов намаrничивания при
Наличии выходноrо промежуточноrо реле со временем деЙствия
O,03 O,06 сек принимается в пределах .I С.З == (3 + 5) 1 НОМ,Т'
17 н. В. Чернобровов
513
ВыбранныЙ ток срабатывания должен проверяться непосредСтвен..
ным включением холостоrо трансформатора ПОД напряжени .
т р а н с фор м а т о рыт о к а должны удовлетворять Крн.
ВЬП\1 10 o ноЙ поrрешности. При этих условиях отстройка от ТОКа
намаrничивания одновреЛ'lен_
но обеспечивает отстройку и
от токов небаланса при внеш-
них к. з.
Из за большой величины
T01(3 срабатывании заЩИта
недостаточно чувствитео1ьна к
ВИТl{ОБЫ;-'1 заl\IЫКaI1IIЯl\i. На-
дежность действия заЩIIТЫ
при повреждениях на выво-
дах траНСфОР:\-1атора с приеч.
ноЙ стороны неоБХОД!Il\lО про-
в рять по току К. з. Как обыч-
но, чувствительность оцена.
вается коэффициеНТО:\1
--!-..
I
t
t
J.//J 1i
На
18
...",;!.....,OC....t
..........
--:'
f
k t<.З.М:Jt<с 1 r:::
ч ! ,а.
с.з
Рис. 16-29. ДIIфференциальная отсечка в Расчет I\оэффициентов
двухфаЗIlОill исполнении. траНСфОР1\lации трааСфОРl\lато-
. ров тока и автотрансфорыа-
торов производится по 16 5, б. Для выравнивания токов исполь-
зуются автотрансформаторы ВУ 25Б.
ДОСТОИНСТВОI\-1 защиты являются простота и быстроде(lствие.
НедостаТКОl\1 следует считать оrраниченную чувствительность.
Дифференциальная отсечка обычно ПРИ:\'lеняется на трансфор.
маторах I\IалоЙ мощности в случаях, коrда неоБХОДИl\,Ю обеспечить
быстрое и двустороннее селективное отключение их при меж:дуфаз-
ных коротких замыканиях.
в) Дифференциальная защита с токовыми реле, включенными
через быстронасыщающиеся трансформаторы
Схема и принцип действия. Применение быстронасыщающихся
траНСфОр:\lаторов (БНТ) позволяет выполнить простую и быстро-
деЙствующую дифференциальную защиту, надежно отстроенную оТ
токов небаланса и бросков намаrничивания. На рис. 16 30) а пред.
ставлена схе:\1а дифференциальной защиты с реле типа PHT 565.
Как указывалось, БНТ плохо трансформирует апериодические
токи (см. r л. 15). Переходные токи небаланса И броски намаrничи"
вающих токов силовых трансформаторов расположены а с и 1\1 .
М е т р и ч н о относительно оси времени и содер:жат вс.lедствие
этоrо значительную апериодическую составляющую, которая не
траНСфОРl\'1ируется на вторичную сторону БНТ, а почти полностьЮ
514
идет на намаrничивание ero сердечника. В реле защиты попадает
лИШЬ переменная составляющая тока небаланса и броска наl\Iаrни-
1[8 > &8
([)
Ф дп Фд.а 1l
t2t Ш3 r Юд
2 3---
б) tlда
r fдп
Фl(2
. , , I ф'
,
ил
Ф.
,у
(jJ 1( I
W.t
I д lIJ2 ФД/l
1
Юд .3
+
2)
6')
Iд.п Н J д.а
i ==Ф дл
Рис. 16-30. ДиффереНllиальная защита с реле типа РНТ -565.
а схема sащиты и реле РНТ; б апериодические и периодическиа
маvнитные патоки в маrНИТОПрGJводе РН Т при )Тсутствии КЭР(j)f[юзам-
кнутой ц пи; в T(j же при Нi'\JJИЧИИ короткоза\tКНУТОЙ цепи; е TOli
J нам и J нб с неБОЛЬШQЙ асимметрией.
чивающеrо тока силовоrо трансформатора. Однако за счет насыше-
ния сердечника БНТ, обусловленноrо подмаrничивающим деi"'l-
ствием апериодическоrо тока, трансформация переменной состав-
17*
515
ляющей также ухудшается, что еще больше уменьшает TOI< в реЛе
После затухания апериодической составляющеЙ нормаЛЬные ус.'lО:
вня для трансформации периодическоrо тока восстанаВЛИ8аЮТСя
Подмаrнпчивающее деЙствие апериодическоrо тока, ПОЯВЛhющсr'\JC
в первый !'ЛОl\lент К. з., приводит к замедлению защиты при ПОВРе:ж
денни в ее зоне. Из за насыщения сердеЧНИI<а БНТ ток в peJ1e \i ietib
шается настолько, что оно не действует до тех пор, пока не зз1-ухнет
апериодическая составляющая TOI{a. Однако ПРОДОJИКlпеЛЬНQСТЬ
TaKoro замедления невелика, она составляет O,Ol O,03 CeJ- .
На рис. 16 31, а приведена полученная из ОПЫТОВ ОСЦИ.l. Ю
[рамма тока намаrничивания силовоrо .трансформатора, протеl(аю
щеrо по пеРВIIЧНОЙ обмотке БНТ 2а, н
соответствующеrо ему тока во ЕТОрИЧ
ной обмотке БНТ За, а на рис. 16 Зl, б
2а
i I
J I
1, IIIIJ I J 111 11
V vAJW ,,* w
16
..
26 2 50
3о
401;8a
т )I )\тmт
мf
о)
5)
0,052(1
Рис. 16-31. Осциллоrраммы токов в обмотках БНТ.
а при включении силовоrо трансформатора ПОД напряжение; 6 при С!(ВОЗ.
ном И.. з. (2а TOt{ намаrничиванин в первичиоЙ обмотке; За TUK H;:jMdrHH'IH
f\3НИЯ во вторичной обмотке; 16 ток СКБозноrо К. 3. В плече диффереНЦII8!:Ь;,СЙ
З<iЩИТЫ; 26 TOI{ небалрнса в первичной обмотке; Зб ток небаланса ьо B1U
ричной обмотке Б НТ).
осциллоrрамма тока к. з. И вызванноrо им тока неба.:IаJIса,
протекающеrо по первичноЙ и вторичноЙ обмоткам БНТ. Эта
осциллоrраммы Har лядно показывают резкое снижение тока в ре.'lе
и эффективность насыщающеrося трансформатора.
Ток срабатывания защиты дол:жен отстраиваться от перемен"
ной составляющеЙ переходных токов Нal\1аrничивания инебаланса.
В результате этоrо чувствительность защиты с насыщаЮШ,liМНСЯ
трансформаторами оказывается выше, чем токовой отсечки. олыIT
эксплуатации показывает, что ток срабатывания можно выБИраТЬ
в пределах (1 +2) 1 НОМ.Т' При этом предполаrается, что трансфор
маторы тока подобраны по lO% HbIM кривым.
Выше отмечалось, что реле PHT 565 совыещает в себе YCTPOi'I"
ство для выравнивания вторичных токов защиты и БНТ, пи.
тающий реле. Схема, поясняющая ero включение, ПОI<азана на
рис. 16 30.
Обмотки W д и W 2 образуют насыщающийся трансформатор;
первая из них включается по дифференциальной схеме {на раз"
516
НОСТЬ токов), а вторая питает реле Т (типа PT 40). Уравнитель-
ные обмотки включаются в плечи защит и служат для уравнивания
вторичных токов. В защитах двухоб;\юточных трансформаторов
}iспользуется одна обмотка.
Число витков ура13нивающей об ютки реrулируется с помощью
отпаек и подбирается так, чтобы при внешнем к. з. ток В r. еле ,
а следовательно, и в обl\Iотке Ш 2 отсутствовал, т. е. 10 == 12 == о.
Для обеспечения этоrо УСJ10ВИЯ намаrНIIчивающие СИ:1Ы уравни-
тельной и дифференциальной обмоток должны уравновешиваться
COrJIaCHO выражению (16 16).
Ток срабатывания заLЦИТЫ реrулируется изменением числа
витков об ютки Ш д ' На маrнитопроводе реле РНТ имеется коротко-
замкнутая обмотка Ш!{. Она повышает отстройку реле от токов
liебаланса и бросков наl\1аrничивающих токов силовоrо трансфор-
матора особенно, коrда эти токи не полностью сдвинуты ОТНО.
сительно нулевой линии (рис. 16 30, с).
Подобные токи Иl\lеют значительную периодическую составляю-
щую и относительно небольшую апериодическую, что пони:жает
эффективность действия БНТ. Короткозамкнутая обмотка ш к orpa-
ничивает периодическиЙ ток, возникающей во вторичной обl\lОТ!«
РИТ, но не изменяет подмаrничивающее деЙствие апериодичеС'r<о;'i
составляющеЙ.
Ток I д , поступающиЙ в п,;рвичную обмотку РНТ Ш д (рис. 16 30, б), СОЗДае11
маrнитодвижущую силу F д == 1 дШ д , которая образует в средне:'-,1 стержне маrюп-
ный поток Ф д , замыкающиЙся по крайним стержням 2 и 3 r..!аrнитопровода.
В обще ,1 случае ток 1 д состоит из перСl\!енноЙ [д.п И апериодической f J.a
составляющих: 1 д == 1 д.п + 1 д.а' Соответственно этоыу обрззуются две состав-
ляющие м. д. с.: F д.п и P;J,.a, И два маrнитных потока: Ф д.П И Ф д.а'
.Переменный поток Ф д . п ' замыкаясь по стержню 2, наводит в обмотке Ш ,
питающеЙ реле Р, э. д. с. Е 2 . Апериодический поток Ф д.3' медленно изыеняющиЙся:
Во времени, не создает э. д. с. в Ш 2 И полностью затрачивается на lIа ,lаrничиваНlfe
маrнитопровода. .
При н а л и ч и и к о р о т к о з а м к н у т о й о б ы о т к и (рис. 16 30, в)
переменная составляющая потока Ф д . п навоДИТ в витках Ш к э. д. с. Е!{ и ток [к.
Последний создает м. д. с. F к == 1 кШк И P == [кШ ,
Маrнитодвижущая сила Р к действует навстречу F д.п и почти полностью KOM
пенсирует ее. Результирующая м. д. с. Fl == F ;.{.п Р к создает остаточный ПОТОI-<1
Фи < Ф д.П (rде Ф д.п маrнитный поток при отсутствии короткозамкнутой об.
мотки). Маrнитодвижущая сила p образует поток Ф , замыкающиЙся вместе
с составляющей потока Ф П по стержню 2.
Параметры короткозамкнутой обмотки подбираются так, чтобы суммарный
маrнитныи п ток в стержне :2 Ф 2 == Ф П2 + Ф 2 был меньше потока Фд.П2'
'Здесь Ф п2 ' Ф 2 И ФДП2 составляющие маrнитных потоков Ф п ' Ф К И Ф дл -
замыкающиеся по стержню 2. Таким образом, короткозамкнутая обмотка умень-
шает переменный маrнитный поток, создаваемый периодическим током I д.п,)
питающим обмотку Ш д '
На маrнитодвижущую силу F Д.а, создаваемую апериодическим током [д.а,'
короткозамкнутая обмотка Ш к не влияет. так как скорость изменения тока 1 д.а
.очень мала и поэтому ток 1 Д.а не вызывает в ней э. д. с. Это означает, что потоКl
Ф д . а , создаваемый F д.а = 1 д.аШд, и ero подмаrничивающее действие практически
Не зависят от короткозамкнутой обмотки.
Коротк.О3а/ tк.нутая обмотка уменьшает трансформацию пepUOaUl/l CfWr1 со..
ставляюu ей тока в реле и не влияет на величину u действие апериодич.еской со..
517
ставляющей. Влияние обмотки Ш к равноценно уменьшению периодическоrо ток
в обмотке Ш д с / д.п до некоторой велич ны / д:п при сохранении неизменной 1 д a
Изменением сопротивления r меняются величина тока / к и ero фаза Относ'и_
Te ЬHO первичноrо тока / д.п' Это позволяет реrулировать влияние короткозамкну_
тои обмотки на работу реле.
Варианты схем включения обмоток реле РИТ (рис. 16 32). В диф.
ференциаль ой защите двухобмоточных трансформаторов (или
автотрансформаторов) дли компенсации неравенства токов в ПЛе-
чах защиты достаточно
использовать только 'од-
ну уравнительную об-
мотку (например, WyII),
включая ее в плечо с
меньшим токоы (рис.
16 32, а).
Для повышения точ-
ности компенсации прrr.
ыеняются схемы с вклю-
чеНIIем уравнительноЙ
обl'ЛОТКИ в каждое плечо
защиты, при этом диффе-
ренциальная обмотка,
как и в предыдущеЙ
схеме, включается на
разность токов плеч
(рис. 16 32, 6) и, нако-
нец, возможна схема с
использованием только
уравнительных обмоток
ШуI и WyII по рис. 16 32,в.
В схемах защиты
трехобмоточных транс-
форматоров (р нс. 16 32 с)
используются дифференциальная и обе уравнительные обмотки.
Последние включаются в плечи 11 и 111 с меньшими токами. Плечо 1
с большим током подсоединяется непосредственно к дифференциаль-
ной обмотке реле.
Выбор парамеТРО8 защиты. Выбирают коэффициенты трансформации TpaHC
форматоров тока, ток срабатывания защиты и витки дифференциальной и уравни-
тельных обмоток (рис. 16 30, а) [Л. 5, 6, 10].
1. Определяются коэффициенты трансформациИ
трансформаторов тока первой и второй rрупп из условия, что трансформаторы тока
должны длительно допускать протекание НОjlJинальноrо тока защищаемоrо транс-
форматора (или автотрансформатора) и обеспечивать равенство токов в плечах
защиты соrласно (16 11) или (16-12).
В схемах защиты, в которых обе rруппы трансформаторов тока (первая и
вторая) соединены в звезду, коэффициенты трансформации n т1 и п TlI определЯ-
ются по выражению
а)
0')
(1) )
Рис. 16-32. Варианты схем включения
реле Р НТ -565.
518
обмоток
/-ном.1'l
п т1 == 5
/ нам. тIl
И n тII == 5 J
(16 21)
rде 1 АОМ. т) И I НОМ. TI 1 номинальные токи силовоrо трансформатора, отнесенные
к напряжению той стороны, rде установлены рассматриваемые трансформаторы
/fOKa.
Номинальные токи силовых трансформаторов находятся по их номинальной
N,ощности SIЮМ' а автотрансформаторов по их проходной мощности Sпpox.
По расчетным значениям n т1 и n TII выбираются стандартные трансформаторы
Q'OKa с тем же или ближайшим большим Пр
В дифференциальных защитах, у которых одна rруппа трансформаторов тока
соединена в треуrольник, а вторая в звезду коэффициент трансформации
nTII второй rруппы выбирается по выражению (16 21).
Первая rруппа, соединенная по схеме треуrольника, должна длительно BЫ
lЦерживать номинальный ток обмотки силовоrо трансформатора, соединенноrо
в звезду (! НОМ 1)' Этому условию удовлетворяет трансформатор тока с коэффи
циентом трансформации n т1 / HOMI/5. Однако для обеспечения равенства токов в
плечах защиты [по условию (16-12)] расчетный коэффициент ll T11 принимается
ВVЗ раз большим по выражению
уз I ном !!
n тIl ==: 5 .
выбирается стандартный трансформатор тока с П т
(l6 22)
в соответствии с ЭТИ:-'l
n тIl ,
2. О п Р е Д е л я ю т с я т о к и в п л е чах 3 а Щ и т ы (1 In И 11 Iн)
при прохождении по защищаемому трансформатору сквозноrо номинальноrо тока.
Ток в плече трансформаторов тока, соединенных в звезду, / IIB == IHoMll/nTll, ток
1 [ном! ..r з 1 1 N
в плече треуrольника JB == r , при этом HOMI == HOMI1/ .
n Т !
Плечо с б6льшим током назьюаеmся основным# в дальнейшем будем считать,
что основным является плечо 1.
Если токи 1 IB И 1 I 1в различаются больше чем на 5%, то предусматривается
компенсация их различия с помощью уравнительных обмоток трансформатора
в РНТ.
3. В ы б и р а е т с я т о к с р а б а т ы в а н и я з а Щ и т ы. Он ДолжеН
быть отстроен от первоначальноrо броска намаrничивающеrо тока эащищаемоrо
:rрансформатора или автотрансформатора и от максимальноrо тока небаланса при
Внешнем К. 3.
По первому
условию
1 с. з == k H / нам. т. (16 23)
На основании опыта эксплуатации и специальных экспериментов YCTaHOB
лено, что при наличии БНТ ток намаrничивания [нам.н попадающий в реле, не
содержит апериодической составляющей и поэтому ТОК в реле Не превышает:
(1 + 1,5) [1IОМ.Т' С учетом этоrо принимается .
[с.з;;== kHIHOM.T == (1,2 +2) [ном.Т' (16 24)
При защите автотрансформаторов ток [ном.т определяется по типовой
.мощности автотрансформатора.
По второму условию
1 с. 3 ==: k H ! нб.макс' (16 25)
Расчетное значение 1 НО.макс оценивается по выражению (16-20а) в предполо-
жении, что составляющая Iнб.комп == О. Ток срабатывания принимается равным
большему' из двух значений (16-24) и (16 25).
По выбранному первичному току срабатывания защиты нахоlUIТСЯ вторичный
(l'OK срабатывания реле:
1 1 с. з k
с.р == сх..
n f
(16-26)
519
rде n r КОЭффИllиент трапсфору,,-шции трансформаторов тока на той стороне за-
ЩJlщаемоrо TpaHcq:opMaTopa, для которой подсчитан /с.р; kcx коэффициент,
учитывающиЙ схему соединения трансформаторов тока; п и соединснии в звсзду
kcx == 1, при включении по схеме треуrольника kcx::::::: Ji з.
Ток срабатывания реле, отнесенный к основной стороне защиты, является
наибольшим.
4. О n р с Д е л я е т с я ч и с л о в и т к о в Д и Ф Ф е р е н Ц и а ЛЬ..
1I О Й и у р а в н и т е л ь н ы х о б м о т о к Р Н Т:
а) Сначала опрсделяются витки обмоток реле, по которым протекает ток
lIB ОСIJOВIюrо плеча защиты .(Ш осп ).
в схеме, использующей только одну уравнительную обмотку u.'-Jl
(рис. 16 З2, а), ток OCHOBHoro плеча замыкается по дифференциальноЙ обмоткi и
поэтому W OCH == W JJ ' I! схеме, показанной на рис. 16 З2, б, W OCH == W yI + W д .
Число витков основной обмотки и осн находится из уравнения, характеризую
щеrо условия срабатывания реле.
Если обозначить Н. С., необходимую для срабатывания реле Рс.р, то условием
ействия реле будет равенство
1 с. pW OCH == Р с . р . (16 27)
Для реле типа PHT 565 Рс.р == 100 ав. Зная из предыдущеrо расчета ток cpa
батывания реле на основной стороне защиты, нетрудно определить число витков
Ш ОСН ' необходимое для действип реле при этом ТOI{е, из (16 27).
По полученному значениЮ W OCll находится W Д . В схеме бсз уравнителыюй
обмотки н ОСНОЕНОМ плсче защиты W д === W OCH . В схеме, предусматривающей вклю-
чение обмотки W yl в основное плечо, Ш д == W OCH W yJ . Величиной Ш уI заДаются.
Если на дифференциальной обмотке реле РНТ нет ответвлений С числом витков,
равным расчетному, то ПРИllимается ближайшее меньшее число витков.
б) Определяется расчетное число витков обмотOI{ РНТ. по которым проходит
U'OK HeocHOBHoro плеча. Указанные витки находятся из уравнения (l6 16) баланса
Н. с. при внешнем к. з. при условии, что по обеим обмоп{ам защищаемоrо транс-
форматора проходят равные номинальные мощности SH{)M-
Уравнение (16 16) можно преобразовать. сrруппировав в нем Ч.r1еНы с /1» И
l 1lв . тоrда оно примет вид:
/lв (W yl + W д ) == 1 Пв (W yll + W д ).
rчитывся. что W yl +- W д == W OCI1 ' а W yll + Ш д == WIIрПСQ' получаем:
l 1B w oCII == 1 IIнWllрасч.
Отсюда
l 1В
WllрПСQ ==] W OCl1 .
Ilв
(16 28)
Зная из предыдущеrо расчета l IB , /lIB И Ш ОСН ' определяем WlIрпсч' а затем
W yII == Ш] ]расч Ш д .
Расчет защиты трехобмоточных трансформато-
р о в ведется аналоrИЧН6, но в два приема. Сначала считают, что отключена об-
мотка /11 (рис. 16 З2, z) и определяют по (16 27) и (16 28) W OCH и WIIрвсч' затем
принимают, что отключена обмотка 11 и из условия баланса н. с. при внешнем
к. З, llВWд == IIIIB (Ш у' II + W д ) находят W yI Н'
5. Определяется величина тока небаланса l Н 6.комп, обусловленная неточ.
llOСТЬЮ подбора Ш у 1 И W y 11'
Этот небаланс подсчитывается в общем случае по выражению
W W W W 1
1 lрасч уl lJрпсч уl /
н6. ксr.ш ::::;;;;; W 1 [к. 3, макс + W Пк, 3. макс'
lрвсч JJfiасч
(l6 29)
f"\ O
'-'..:;
rде W y1 И WуJI принятые к установке числа витков уравннтельных обмоток РНТ;
1 !у..з.МnI<С Н 11 IН.Э.1\Нн,:с токи К. 3., протекающие при внешнем к. 3. по той сто-
роне снловоrо трансформатора. куда включены обмотки W yI н W ylI соотве1ственно.
Сопоставляются фактические значения lс.з и J нб (с учеТШ/I l Нб .I<ОМП)' EC.7IН
1 с.'! окажется недостаточно отстроенным от J нб, то необходимо заrрубить защиту
и.провести пересчет параметров.
6. ПРОБеряется чувствительность защиты при К. 3. В ее зоне. Чувствитель-
ность характеризуется коэффициентом k q , который равен отношению результи-
рующей н'. с.. создаваемой токами плечей t по которым протекает ток при рассмат-
риваемом к. 3., К Н. с. срабатывания реле:
'f.l n (W y + W д )
k q === F J (lб ЗО)
с.р
rде 1 n ток В плечах защиты прн рассматриваемом к. 3. В З0не; W y витки урав-
ните.7]ЬНОЙ обмотки соответствующеrо плеча.
Б качестве расчетноrо случая выбирается режим, при котором токи в плечах
н результирующая н. с. реле оказываются наименьшими. Для этой цели в боль-
шинстве случаев рассматривается режим одностороннеrо питания трансформатора.
При этом чувствительность может оцениваться по отношению токов:
k II<.з.МИll k сх . ( 16 ЗI )
ч J '
С.3
здесь /i.cx учитывает схему соединений трансформаторов тока на стороне, по которой
протекает ток к. 3. J 1<.3 .
В соотвеТСТВИJi с ПУЗ допускается k'l. ?: 2.
При недостаточной чувствительности из за большоrо значения тока небаланса
приходится применять более сложные реле с торможением.
Числовые примеры расчета уставок прнведены в [Л. 6, 22J.
r) ДlfФФеренциа..lJьная защита с реле, liмеющими торможение
В диЧ-х-реренциальных защитах, установленных на трансформа..
торах с реrулированиеfl.'l напряжения под наrрузкой или мноrооб-
моточных трансформаторах с несколькими питаlОЩИМИ обмотками,
токи небаланса в установившемся режиме имеют значительную
величину. В этих случаях дифференциальная защита с реле, вклю..
ченными через БНТ, получается малочувствительной вследствие
ТОТО, что ее ток срабатывания приходится увеличивать до 3 4 крат-
НОТО значения номинальноrо тока трансформатора. Чувствитель
ность дифференциальной защиты в указанных случаях может быть
повышена применением дифференциальных реле с т о р м о ж е-
11 И ем. Принцип действия таких .реле был рассмотрен в rл. 10.
Схема и характеристики дифференциальной защиты с торможе..
нием. Схема защиты для двух- и трехобмоточноrо трансформато
ров показана на piIC. 16-33. Рабочая обмотка реле ВI{Лlочается
дифреренциально, т. е. на разность токов трансформаторов тока,
а тормозные в плечи дифреренциальной защиты с таким расче..
. том, чтобы в любом случае внешнеrо к. з. хотя бы одна тормозная
обмотка реле обтекалась током сквозноrо к. з. При ЭТИХ условиях
ток срабатывания защиты "(т. е. ток в рабочей обмотке, необходи..
мый для действия защиты) под влиянием тока, протеК8l0щеrо в тор-
мозной обмотке реле, возрастает, что повышает надежность от-
52'1
стройки защиты от ПОЯВЛЯЮщихся в этом случае токов небаланса
(рис. 16 34).
при к. 3. В З0не защиты чувствительность TOpMo3Horo реле OKa
зывается выше, чем реле с БНТ, что ВИДНО из диаrраммы, приведен...
ноЙ на рис. ] 6 34.
{n*
о
а)
I
t
р
........
б}
Рис. 16 33. Дифференциальная защита с торможением.
а для двухобмоточноrо трансформатора; б для трехобмо.
точноrо трансформатора.
Для обеспечения достаточной надежности деЙствия защиты при
повреждениях в З0не и селективности при внешних к. з. коэффициент
торможения, характеризующий наклон характеристики реле
(рис. 16 34), принимается равным 30 60 , а начальный ток I c . po
при 1 т ==: О выбирается равным
1 ,5 2 а, т. е. 30 40 от IHoM.тo
Однако наличие торможения не
устраняет возможности срабатыва...
ния от бросков намаrничивающеrо
'Н6.моне тока, так как в этом случае ток в
l,=I1( рабочеЙ обмотке равен току в тор'"
мозной обмотке.
Наряду с этим торможение при
Рис. 16-34. Характеристика реле внешних к. 3. оказывается часто .
с торможением. недостаточным ДЛЯ предотвраще...
ния ложноrо действия защиты под
влиянием сильно возрастающих
переходных токов небаланса. Для
устранения этих недостатков тор...
мозных реле в СССР разработана конструкция дифференциальных
реле, сочетающих в себе принципы торможения с принципом от...
стройки от апериодических токов при помощи БНТ. У спешное
решение этой задачи привело к разработке в Новочеркасском по..
литехническом институте имени Орджоникидзе ориrинальной кон..
струкции реле с маrнитным торможением, ПОI{азанной на рис.
16 35 [J1. 66, 72].
Ip
l/{.Ma/{c
1 характеристика реле с торможе
нием; 2 характеристика реле с БНТ:
а ток небаланса; 4 ток в реле
при к. З. В зоне.
522
Реле с маrнитным торможением. РеЛе (рис. 16 35) состоит ИЗ
'fpeXCTep}!{HeBOrO насыщаюшеrося трансформатора 1, питающеrо
обмотку электромаrнитноrо реле 2. IIасыщающийся трансформатор
имеет, как и обычный БНТ, первичную рабочую обмотку W p и
вторичную обмотку W 2 , в цепь которой включено дифференциальное
реле. Для осуществления торможения на маrнитопровод насыщаЮ 4
шеrося трансформатора наса}кена третья тормозная обмотка W T .
Рабочая обмотка включается дифференциально, а тормО3ная..........
в рассечку плеча токовой цепи защиты, т. е. так же, каl\ соотвеТ4
ствующие обмотки оБЫЧfIоrо TOpMo3Horo реле.
Тормозная и вторичная обмотки реле состоят tI3 двух секций:
А и В, расположенных на краЙних стержнях маrнитопровода.
Рабочая обмотка помещена на
среднем стержне.
, Секции WTA и WTB тормозной об
мотки. соединены та к, что создавае
мый ими маrнитный поток Фу за
мыкается по крайним стержням.
Поток Фу наводит в секциях W 2 A и
W 2 B вторичной обмотн:и э. д. с. Е тА
И Б уВ , которые, однако, взаимнО
уничто}каются, aK как они равны
по величине и взаимно противопо
ложны по направлению. В резуль
тате этоrо ток ТОРМО3НОЙ обмотки
не создаеТ тока в реле и служит
только для подмаrничивания край
них стерж:ней маrнитопровода, Ha
сыщая их и ухудшая трансформа4 Рис. 16 35. Реле с маrнитным тор..
можением.
цию тока из рабочей обмотки во
ВТОРИЧНУЮ.
Поток Ф р , создаваемый рабочей обмоткой, замыкается по край..
ним стержням и наводит в секциях вторичной обмотки соrласно
направленные э. д. с., обусловливающие ток в реле. rlOTOK
/pW p
Ф р ::::= R ·
м
б z
'Фт Ф.
,р\
fArt Ш2R lI20 'Е вт '
............... Юр
J? В
. ....,.....
. 1""'" штв
r- r--- Шт.n .
1...
.- 1""'"
1
1 .......1 TI тлl 1
r О '\
I \. .J I
, >- ...... .....
ОТСlода следует, что ток / р, необходимый для создания потока
Ф Р ' достаточноrо для действия реле 2, зависит от маrнитноrо со-
противления R м, которое увеличивается с насыщен и е!\1 крайних
стержней маrнитопровода, обусловленным подмаrничиванием их
током /1' тормозной обмотки. Чем больше ток 11" тем больший
ток / Р требуется для действия реле. Эта связь выражается урав..
не ни ем / р == k 1' / т и изображается rрафически кривой 1 на рис.
16 36 .
Параметры трансформатора подбираются с таким расчетом,
чтобы обеспечить коэффициент тормо)кения k T ::::= 30....;.--60%; ero
523
величина остаетсн постоянной в пределах lO 50 О, увеличиваясь
при больших значениях тормозноrо тока. При отсутствии тока
в тормозноЙ обмотке рассматриваемое реле работает как обычное
реле с БНТ. _
При внешнем к. з. ток, проходящпй по тормозноЙ обll.iоти:е,
насыщCJет крайние -стержни маrнитопро!Зода, в результате чеrо
ток срабатывания реле возрастает, одновременно с ЭТИ.М ухудшается
трансформаuия тока небаланса, пЬявляющеrося в рабочеЙ обыотке
трансформатора.
При повреждении в зоне заll ИТЫ ток в рабочеЙ обl\1отке рапеп
или больн;е тока I т; в этих условиях. несмотря на подмаrнпчивание
маrНlIтопровода, в ре.пе появляется ток, достаточныЙ для ero деЙ
ствия, что вытекает из xapaKTC
ристики реле, показанной на
рис. 16 36.
l\1аrнитная индукция при TO
ке срабатывания реле достнrает
значения, при КОТОрО:\1 начн
нается насыщение маrнитопро
. /т вода (l,I I,2 тл) *, блаrодаря
о 5 т 15 20 25 ЗО З5 1;0 1;5 а чему апериодичеСК IЙ ток ПОЧТII
не трансформируется во вторич
ную обмотку, как и в обычном
БНТ. Поэтому рассмотренное
реле не реаrирует на апериоди
ческую состаВ.,1ЯЮЩУЮ, содер..
}кащуюся в намаrничивающем
и токе небаланса пр.и неустаНОВIIВ
15
10
(l lp
20
5
Рис. 16 35. Хара.ктеристики реле с
маrнитным торможение:\t.
1 при совпадении по фазе /р и J т: 2
ЩН! СДIШI'е фазы на 90 .
токе силовоrо трансформатора
шихся режирах.
ВажнеЙШИl\1И преимуществами pe Т]e являются: простота KOH
струкции, хорошая ТОРl\10зная характеристика, относительно не..
БОЛБшая зависимость 1 С.р от фазы тормозных токов, надехсная
отстройка от апериодической составляющей токов намаrничивания
и возможность выполнения реле с тремя и бодее тормозными об
мотками. Последнее решает задачу защиты мноrообмоточных транс-
форматоров.
Всдедствие заrрубления реле и уменьшения тока неба.панса,
поступающеrо в обмотку реле, повышается отстройка защиты от
токов небаданса.
Отечественная промышленность выпускает реде типа Л3Т,
основанные на рассмотренном принципе. Эти реле содержат в себе
трансформатор ддя выравнивания токов в пдечах защиты. Имеются
ре.пе с одной тормозной обмоткой ЛЗТ 11, предназначенные для
двухобмоточных трансформаторов, с тремя (Д3Т 13) и четыIьмяя
(Д3T 14) тормозными обмотками, применяемые на мноrообмоточных
трансформаторах.
* 1 тл == 104 ее.
524
16 9. КРАТКАЯ ОЦЕНКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ТРАНСФОРМД
ТОРОВ
Основное преимущество дифференuиальных защит трансформа-
торов состоит в том, что они обеспечивают быстрое и селективное
отключение повреждений как в самом трансформаторе, так и на ero
выводах и в токоведущих частях к ero выключателям.
ОСНОВНЫМ видом защиты следует считать защиту с простым реле,
включаемым через БНТ. -
На маломощных трансформаторах можно для упрощения приме-
нять дифференциальные отсечки (без БНТ).
. На трансформаторах с реrулировкой под наrрузкой и трехобмо-
точных трансформаторах с ДBYX и трехсторонним питанием защиты
простые реле с БНТ должны заrрубляться до (2....;-.з) 1 НОм. При
необходимости повысить чувствительность защиты надлежит при-
менять тормозные реле с БНТ (типа ДЗТ).
16 10. fАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
а) Принцип действия и устройство rазовоrо реле
rазовая защита получила широкое распространение в качестве
весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений TpaHC
форматоров. Повреждения трансформатора, возникающие внутри
ero ко)куха, сопровождаются электрической дуrой или HarpeBoM
деталей, что приводит к разложе
нию масла и изоляционных мате-
риалов и образованию летучих ra-
зов. Будучи леrче масла, rазы под-
нимаются в расширитель 2, кото- '.5 2%
рый является самой высокой частью.
трансформатора (рис. 16-37) и имеет
сообщение с атмосферой.
При интенсивном rазообразова
нии, имеющем место при значи
тельных повре)кдениях, бурно pac
ширяющиеся rазы создают силь
ное давление, под влиянием KOТO Рис. 16-37. Установка rазовоrо
poro масло в кожухе трансфор реле на трансформаторе.
матора приходит в движение, пере.. 1 .... rаЗОБое реле; расшнритеJlЬ.
:мещаясь в сторону расширителя.
Таким образом, образование еазов в кожухе трансфор.матора
u движение l.масла в сторону расширителя .моеут' служить nризнако-м
повреждения внутри трансфор},{атора. Эти признаки используются
для выполнения специальной защиты при помощи rазовых реле,
реаrирующих на появление rаза и движение масла. [азовое реле 1
устанавливается в трубе. соединяющей кожух трансформатора с рас..
шири:rелем так, чтобы через Hero проходили rаз и поток масла.
625
устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансфор-
маторе.
Конструкuии rазовых реле имеют три разновидности, различаю-
щиеся принuипом исполнения реаrирующих элементов. Первона-
чально применялись реле с реаrирующим элементом в виде по
плавка, затем появились реле, у которых реаrирующим элементом
служит лопасть, в последнее время применяются реле с реаrирую-
щим элементом, имеющим вид чашки.
Устройство поплавковоrо ra3080ro реле показано на рис. 16 38.
Реле состоит из чуrунноrо кожуха 1, имеющеrо вид тройноrо па
трубка с фланuами для соединения с трубой к расширителю. Б нутри
кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 26, выпол-
ненные в виде тонкостенных полых цилиндров, rерметически запаян-
ных и плавающих в масле. Каждый по-
плавок свободно вращается на оси, за-
крепленной на стойке. На торие поплав
ков располаrаются ртутные контакты 3,
представляющие собой стеклянные кол-
бочки с впаянными в нее контактами и
ртутью внутри. \
При определенном поло}кении по-
плавков ртуть замыкает контакты. Бым
воды от контактов на наружную сто..
РОНУ кожуха выполнены с помощью rиб...
ких и изолированных проводников, ко-
торые не должны оrраничивать свобод-
Рис. 16 38. Устройство по. Horo вращения поплавков. Контакты
плавковоrо rазовоrо реле. BepxHero поплавка действуют на сиr-
нал, а нижнеrо на отключение TpaHC
форматора. Верхний поплавок находится в верхней части кожуха
реле, нижний располаrается на уровне соединительной трубы
к расширителю так, чтобы поток масла Mor воздействовать на Hero.
llринцип действия реле. Кожух реле находится ниже уровня
масла в расширителе, поэтому он всеrда заполнен маслом. Поплавки,
стремясь всплыть, занимают ca!vJoe верхнее положение, возможное
по условиям их крепления на оси. При этом положении поплавков
контакты реле разомкнуты.
При небольшнх повреждениях образование rаза происходит
медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расшири..
телю трансформатора. Проходя через реле, пузырьки rаза запол
няют верхнюю часть ero кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере
понижения уровня масла верхний контакт опускается и через неко-
торое время, зависящее от интенсивности rазообразования, попла-
вок достиrает TaKoro положения, при котором ero контакт замы...
кается.
Если повреждение трансформатора значительное, то под влия"
нием давления, создаваемоrо бурно образующимися rазами, масло
приходит в движение, сооб щ ая толчок нижнему поплавку. Под ero
20
1
526
..
воздеиствием поплавок l\IrHOBeHHo замыкает свои контакты, посы-
J13Я импульс на отключение. Дви>кение l\'1асла может носить толчко
образныЙ характер, ПОЭТОМУ контакты ни>кнеrо поплавка замы-
каются кратковременно. Чflюбbl обеспеЧИfllЬ продОЛЖИfllельн.ОСfllЬ
И.ипульса J дОСfllаtпочную для Оfllключения 8blключатеЛЯ 1 применяется
особая cxeMa J обеспечивающая самоудерживание выходНОё-О промежу.
ЛЮЧНОсО реле П 1 на вреМЯ J дОСfllапючное для Оfllключения выключа-
11lелей. Подобная схема приведена на рис. 16 39. rазовое реле подает
кратковременный ток в шунтовую обмотку 1 ПрОl\1е>куточноrо
реле П 1, последнее срабатывает и удер>кивается сериесными KaTYU1-
к мп 2 и 3 до отключения BЫ
к,пючателей. /(0,
fJз paCCMOfllpeHflOcO прuнципа
д:.'! СfllВИЯ ё-азовосо реле следуеfll.
ЧIlZО ОНО способно различапzь сте-
пень повреждения в fllрансфор-
,/vlQflюре. При ,малых поврежде
НllЯХ оно даепz с и r н а л, при
СОЛЬИlUX производИfll Оfllключе-
иие. Сиrнализаuия о неБОЛЬU1ИХ
повре>кдениях вместо отключе-
ния позволяет перевести наrруз-
ку на друrой источник питания
и отключить после этоrо транс-
форматор без ущерба для по-
требителей. Рис. 16 39. ПРИllципиальная схема
r азовая заЩИflШ реасируеm оперативной цепи rазовой защиты.
fllакж;е на пОflижеflие уровня
fttасла 8 fllраflсформаflюре. В этом случае первым сработает сиrналь-
ный контакт, а затем при продол>кающемся снижении уровня масла
срабатывает ОТI{лючающий контакт, выключая трансформатор. Дей-
ствие последнеrо полезно в случае быстрой утечки масла, yrpo-
жающей понижением уровня масла ни>ке обмотки трансформаТОf' а
до Toro, как дежурный успеет принять меры к разrрузке и ОТКЛIО
чению тра Hct0Pматора, а также на автоматизированных подстан-
циях, не имеlOЩ.!IХ де>курных.
Отечественная промышленность ранее выпускала реле пr-22,
РrЗ 22 и пrЗ 61, выполненные на описанном выше принuипе с pea
rирующим opraHoM в виде uилиндрических поплавков. Реле пr3 61
отличается конструкuией ртутных контактов, в меньшей степени
реаrирующей на вибраuию трансформатора и толчки маслз при
внешних к. з.
Лопастные реле (рис. 16 40, а). Сиrнальный элемент этоrо реле
выполнен в виде поплавка, как и у реле на рис. 16 38. Нижний
u ..
отключающии элемент выполняется в виде поворотнои лопасти
(пластины) 1 или состоит из поплавка и лопасти. При движении
масла или потока rазов лопасть поворачивается на некоторый
уrол ПОД воздействием силы, создаваемой движущимся потоком;
527
при этом связанные с лопастыо ртутные контакты 9 замыкаются,
подавая импульс на отключение. IзменS!я начальный уrол наклона
лопасти 1, можно реrулировать чувствительность реле, т. е. изме-
нять скорость движения масла, при которой срабатывает лопасть
реле. НИ)f НИЙ поплавок закрыт от воздеЙствия движущеrося масла
и rаза лопастыо и предназначен для работы при снижении уровня
масла. В конструкпии на рис. 16 40, а нижнеrо поплавка нет.
В этом реле на пони}кение уровня масла реаrирует только сиrналь-
ный элеl\'Iент. При таком исполнении исключается ложное действие
отключаЮlцеrо элемента pe.TIe
из за нарушения rерметично
сти поплавка 11 попадания в
Hero масла, но пр и ЭТОl\.I
ухудшаются защитные своЙ..
rn
СА
)
10
" ""/.' ,
1O J
'-J
f 11
t- ,'/,--:"
..............................
.....::
'&
:\: " '.' ' Fv
/
", . ,.. ' ,.
aj 6)
Рис. 16.40. Устройство лопастноrо реле (а) и устройство реле с чашкообразныыи
элемеитами (6).
а: 1 Jюпасть; 2 рамка; 3 ось JJопатки; 4 ось рамки; 5 стойка; б отверстие
ДЛЯ изменения накпона J10пасти; 7 --- штифт ДЛЯ фиксации положения J10пасти; 8
сиrнаJJЬНЫЙ поплавок; 9 --- ртутные контакты; 10 коробка ДJJЯ выводов.
ства реле. Лопастные реле распространены за rраницей. Реле, по..
казанное на рис. 16 40, а, разработано в rорэнерrо.
Реле с чашкообразными элементами. Сиrнальный и отключающий
элементы ре.п:е представляют собой открытые плоскодонные аЛЮМII
ниевые чашки 1 и 2 (рис. 16-40, 6). Каждая чашка закреплена на
оси 3 и может вращаться BOKpyr Нее. С корпусом чашки связан
подвижной контакт 5 на нижнем и 4 на верхнем элементе. При
опускании чашки подвижной контакт вамыкается с неподвижным 7
или б. Движению чашек на замыкание контактов противодействуют
пружины 8 и 9, тtlнущие чашки вверх. Для оrраничения движения
чашек под действием пружины предусмотрены упоры 10 и 11.
На нижней чашке 2 имеется лопасть 12, вращающаяся на оси.
Если в кожухе реле и в чашках нет масла, то момент пружины М п
преодолевает рабочий момент М раб , создаваемый весом корпуса
чашки. В этом случае М п > М раб и контакты обоих элементов
528
разомкнуты. Если КО}КУХ реле, а следовательно, и чашки запол
нены маслом, то за счет потери веса тела, поrруженноrо в жидкость,
М раб уменьшается и момент пружин М п еще более препосходит М раб '
При понижении уровня масда момент l\:l раб увеличивается за счет
веса находящеrося в чашке масла, суммарная сила веса чашки и
масла F ч + FM преодолевает противодействие пружины (М раб > М п ),
чашка опускается и замыкает свои контакты. flри бурном rазооб
разовании под действием сиды, созданной потоком масла или rазов,
лопасть 12 поворачивается и замыкает контакты 4 7.
Чашечные ре.пе не имеют недостатка, присущеrо поплавковой
конструкuии, действующей ложно при нарушении rерметичности
поплавков. Реде работает при понижении уровня масла, имеет
удобную реrудировку чувствительности и в меньшей степени, чем
реле со ртутными контактами, реаrирует на вибраu ию корпуса
трансформатора. Завод ЗТЗ выпускает реле с чашечковыми Э.:1е
ментами типа РrЧЗ 66. Чувствительность нижнеrо элемента (ЛО
, пасти) реrудируется в пределах от 0,6 до 1,2 )л/сек. Время действия
реле при работе лопасти колеблется от 0,5 до 0,05 сек в зависимости
от скорости движения масла.
б) Особенности rазовой защиты
По cBOeAtY nрtlfll{ипу действия 2азовая заU'Иl1lа АtОЭfсет раБОПlапlЬ
не только при повре JlCдениях и 011ДСНЫХ неНОРАtаЛЬНblХ реJlСИАtах.
но и при появлении в кожухе траНСфОРАtапюра в о з Д у х а, при
т о л ч к а х (движении) м а с л а, вызванных .любой причиной,
и м е х а н и ч е с к и х с о т р я с е н и я х, имеющих место Bcдeд
ствие вибраuии корпуса трансформатора. Воздух попадает в кожух
1'рансформатора при доливке масла, ремонте трансформатора с пере
заливкой масла и т. п. В дальнейшем при включении трансформатора
под наrрузку температура масла начинает повышаться, находящийся
в масле воздух проrревается и поднимается к расширителю. Попа
дая в реле, воздух может вызвать срабатывание BepXHero (сиrналь
Horo) контакта, а при быстром движении нижнеrо, который
неправильно отключит трансформатор.
1. Для предупре}кдения неправильноrо отключения трансформа-
тора отключающая цепь защиты после доливки масла иди включе-
ния HOBoro трансформатора переводится на сиrнал (на 2 3 суток)
до Te пор, пока не прекратится выделение воздуха, отмечаемое по
работе защиты на сиrна.Л.
Толчки масла, не связанные с повреждением трансформатора, мо"
ryт возникать при внешних коротких замыканиях, например, от CMe
щения обмоток вследствие динамических усилий; при пуске и оста..
новке насосов, обеспечивающих циркуляцию масла (у трансформато..
ров с искусственным охлюкдением масла), и по ряду друrих причин.
Неправильная работа нижнеrо поплавка реле от толчков масла,
не связанных с повреждением трансформатора, может быть устра-
нена ero заrрублением.
529
Опыт эксплуатации защиты и ее исследования, проведенные
оРrРэс и рЯДОl\I энерrосистем, показывают, что неправильная ра-
бота защиты от толчков масла наблюдалась на реле, реаrирующих
на движение масла со скоростью 20 15 см/сек. Более rрубые реле,
реаrирующие на скорость 50 см/сек и выше, как правило, ложно
не работают.
В настоящее время принято реrулировать чувствительность
нижнеrо поплавка на скорость 50 160 см/сек.
На трансформаторах и автотрансформаторах большой мощности
(240 400 Мва) наблюдается повышенная вибраuия корпуса. Реле
пr 22 и рrЗ 22 недостаточно виброустойчивы И, как показал опыт
эксплуатации, работают ненадежно на трансформаторах с повышен..
ной вибрацией.
В процессе эксплуатации необходимо следить за rерметичностью
бадлончиков у реле поплавковоrо типа. При ее нарушении масло
попадает внутрь поплавка, он теряет плавучесть и опускается, за..
мыкая контакты. Такие дефекты наблюдались в ЭI{сплуатации;
в связи с этим у вновь включаеl\1ЫХ реле и периодически у реле,
находящихся в эксплуатации, rерметичность баллончиков прове..
ряется помещением их в HarpeToe масло при избыточном давлении
(O,5 l аm).
в) Требования к монтажу защиты
На трансформаторах, снабженных rазовым реле, бак (кожух)
трансформатора должен устанавливаться наклонно, так чтобы край
трансформатора, связанный с расширителем, и сама труба к рас-
ширителю имели подъем на 1,5 2 b (рис. 16 36). Этим обеспечива-
ется беспрепятственный проход rазов в расширитель при поврежде'"
ниях и предотвращается возможность скопления пузырьков воз..
духа под крышкой кожуха трансформатора, которое может повлечь
за собой ложное действие защиты.
Особое внимание должно обращаться на разделку кабеля, от-
ходящеrо от выводов реле. Опыт показывает, что в разделку кабеля
rазовой защиты может попадать масло из трансформатора. Оно
разъедает резиновую изоляцию жил кабеля, что приводит к замы-
канию между ними и неправильному отключению трансформатора.
Поэтому вывод из rазовоrо реле можно выполнять только кабелеl\l
с бумажной изоляцией (КСБ или KCr).
На открытых подстанциях следует обеспечить надежную защиту
выводов на крышке rазовых реле от попадания на них влаrи.
r) Оценка rазовой защиты
Основными достоинствами rазовой защиТЫ являются: простота
ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия
при значительных повреждениях, действие на сиrнал или отключе..
вие в зависимости от размеров повреждения.
530
fазовая защита является наиболее чувствительной защитой
трансформатора от повреждений ero обмоток и особенно при вит
ковых замыканиях, на которые дифференциальная защита реаrи
рует только при замыкании большоrо числа витков, а максимальная
заlцита и отсечка не реаrируют совсем. В настоящее время все TpaHC
форматоры мощностью 1 000 ква и выше поставляются вместе с rазо
.. '"
вои защитои.
fазовая защита не действует при повреждениях на выводах
трансформатора и должна выводиться из действия, Коrда имеется
опасность выделения воздуха в кожухе трансформатора (т. е. после
доливки масла, ремонта трансформатора и включения ero вновь).
По этим причинам rазовая защита должна дополняться второй за
щитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформа
торов такой защитой служат максимальная защита и токовая OT
сечка. Для мощных трансформаторов применяется более совершен
ная дифференциальная защита.
fазовая защита не только применяется для защиты. трансфорыа
торов и автотрансформаторов, но также считается обязательной на
маслонаполненных реакторах и дуrоrасящих катушках.
16 1I. ТОI(ОНАЯ ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫI(АНИЙ НА КОРПУС (КОЖУХ) ТРАНС..
ФОРМАТОРА
в сети с rлухозаземленной lIейтралью иноrда применяется защита, показан-
ная на рис. 16 41, реаrирующая на любые замыкания на корпус трансформатора
[л. 73].
...
11f{rJ
а)
о)
1J((rJ /К/С}
Рис. 16 41. Токовая защита от за ыканиЙ на корпус трансфор.
r.taTOpa.
а токораспредеЛение при к. 3. на трансформаторе; 6 ТОКораспределе--
ние при внешнем К. 3.
Для выполнения з щиты корпус трансформатора 1 связывается с землей (за..
эемляЮщим KOHTypOr.t подстанции) специальноЙ шиноЙ 2. Кроме этой связи, корпус
{fрансФорматора не должен иметь друrих соединений с землей.
Т рансформатор устанавливается, как обычно, на железобетонном фундаменте,
I\arорый является достаточноЙ изоляцией при условии, что металлическая арма..
crypa фун амента не имеет связи с землей. Специальных мер для изоляции кожуха
531
трансформатора от фундамента не требуется. если сопротивление изоляции корпуса
Jрансформатора от земли составляет 15 20 О.М.
На заземляющей шине устанавливается трансформатор тока 3, к которому
подключается токовое реле 4.
При звмьшании на иорпус наружных выводов или обмотки r:rрансформатора
(рис. 16-41, а) большая часть тока повреждения /ЮТ! проходит на землю через
заземляюшую шину. В реле 4 появляется большой тои /р == 3/ 0к , И оно срабаты
вает. действуя на отключение paHc40pMaTopa.
При к. з. В сети (рис. 16 41, 6) часть тоиа повреждения / (T) также замыкается
через шину, кожух и фундамент, на иотором установлен трансформатор.
Для исключения lIеправильной работы зашиты при внешних к. з. ток сраба..
nыБнияя реле 4 должен удовлетворять условию:
/ с. 3> / . Т' (16-32)
При повреждениях трансформатора, сопровождающихся замыканием на
иорпус, зашита будет действовать, если
J С.3 < / (T). (16 33)
Рассмотренная зашита ДОВОЛЬНО широко применяется во Франции, США и
некоторых друrих странах. Опыт эксплуатации такой защиты в СССР пока очень
мал. Несмотря на простоту схемы зашиты, она не получила распространения в Co
ветском Сою.''!е из-за возможности ложной работы при нарушении изоляции ме-
жду корпусом трансформатора и фундам нтом.
16-12. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ БЕЗ ВЫI(ЛЮЧАТЕ-
ЛЕЙ НА СТОРОНЕ ВЫСШЕrо НАПРЯЖЕНИЯ
а) Общие положения
. Схемы питания и способы отключения трансформаторов без
выключателей. В последнее время ПОJ1УЧИJ1И широкое распростра-
нение однотрансформаторные и двухтрансформаторные подстанции,
выполненные по упрощенной схеме без ВЫКJlючатеJlей со стороны
высшеrо напряжения [Л. 62, 63].
Такие подстанции ПОДКJlючаются к сети с помощью ответвлений от
линий или по БJl0ЧНОЙ схеме линия трансформатор (рис. 16-42,а. б).
В обоих случаях автоматическое ОТКJlючение трансформаторов
при ero повреждении должно производиться выключатеJ1ЯМИ В А
И ВВ на питающих концах линии Лl (рис. 16 42, а и 6). Эту опера...
цию возможно осушествить с помощью устройства, передающеrо
отключающую команду от защиты трансформатора на выключатеJ1Ь
линии по специальным каналам связи (рис. 16-43, а), ИJ1И посредством
I{ороткозамыкателя, как показано на рис. 16 43, б. С)7ТЬ BToporo
способа (с !{ороткозамыкателем К3) сводится I{ следующему. При
повреждении в трансформаторе ero защита Р3 т срабатывает и по-
дает ток в катушку ВКJlючения КВ короткозамыкателя К3. Нож
пос.педнеrо замыкается и устраивает искусственное к. з. На это
к. з. реаrируют защиты линии Р3А и Р3 в , отключающие линию
и вместе с ней трансформатор.
Недостатком TaKoro способа ликвидации повреждения ЯВJlяется
замедление. ОТКJlючения поврежденноrо трансформатора, оБУСJ10В"
ленное временем Действия I{ороткозамыкателя и защиты линии.
532
Следует отметить, что К. 3. на выводах и в начальной части об
мотки трансформатора обычно попадают в зону быстродеЙствующеЙ
заIДИТЫ линии и отключаются поэтому быстро б з участия KOpOTKO
замыкателя. Заr..'lедляющее деЙствие короткозамыкателя сказыва
ется при повреждениях в трансформаторе, на которЫе не реаrирует
быстродеЙствующая защита линии.
Нес!\,ютря на указанныЙ недостаток, схемы с короткозамыкате.пем
получили широкое распространение.
А
, 1
8
g
осП а) r>
А с+ (.
ОА , Лl '
.
б)
А
ОА!
081
т1
Т2
Вс
6)
Рис. 16 42. Схемы подключения трансформаторов без BЫ
ключате.тIЯ иа стороне вышеrоo напряжения.
а от одной линии; 6 по блочной схеме; 8 оТ двух параЛ
JIеЛЬНbIХ линий.
Схема с передачей отключающих иr..IПУЛЬСОВ работает практи
чески так же быстро, как и обычные схемы, непосредственно дей
ствующие на отключение выключателя трансформатора.
Однако из за дороrостоя-щеrо и недостаточно надежноrо канала
связи этот способ ОТI{лючения пока применяется реж
Селективное ОТКЛJQчение поврежденноrо трансформатора. В блоч
ной схеме отключение линии при повреждении трансформатора
не нарушает принципа селективности и не наносит ущерба электро
снабжению, так как трансформатор и линия представляют единое
целое.
533
В схеме же на рис. 16 42, й, rде трансформатор подсоединен к от...
ве1В.пению, отключение ЛИНИИ при повреждении в трансформаторе
является неселективным, поскольку при этом не только отключается
поврежденный трансформатор, но и нарушается связь между под
станциями А иВ. Этот недостаток устраняется с помощью АПВ
на линии и установки отделителя ОД на трансформаторе
(рис. 16 43, 6). Отделитель представляет собой разъединитель с дис
танционным ПрИВОДОI\I, который допускает автоматическое отклю
. чение поврежденноrо трансформатора только после снятия с Hero
напряжения.
При ЭТОl\1 отк-лючение поврежденноrо трансформатора происхо
дпт слеДУЮЩИ11 образом. fla ВОЗНИКUlее повреждение реаrирует
а)
о)
Рис. 16 43. Принципы осуществления защиты трансформаторов, ПОДК.1'Jючен...
ных К линии без выключатеJlЯ на стороне Вblсшеrо напряжения.
а с помощью устроЙства передачи отключающей команДЫ; б с помощью Коротко.
замыкателя и отделителя.
.
защита трансформатора. Она ВК ТIючает короткозамыкатель 1(3
(рис. 16 43, 6), который устраивает однофа ное или двухфазное к. 3.
на линии. Защиты линии РЗА и РЗ в приходят В действие, ОТ кл ю..
чают ВЫКЛlочатели В А и ВВ И пускают АПВ.
В бестоковую паузу (коrда на линии нет напряжения и тока)
отделитель ОД отключает трансформатор. После этоrо АПВ вклю
чает линию и связь l\lежду подстанциями А и В восстанавливается.
Таким образом, несмотря на отсутствие выключателя на TpaHC
!l;opMaTope, повреждение в нем отключается селективно.
рансформаторы тока. На подстанциях, ПОДК.тпоченных по упр
щенным схемам, для выполнения защиты трансформатора должны
обязательно использоваться встроенные или «накладные» трансфор
маторы тока Т.
В с т р о е н н ы е трансформаторы тока устанавливаются внутри
кожуха на высоковольтных вводах трансформатора 110 кв и выше.
Н а к л а Д н ы е трансформаторы разработаны в Челябэнерrо
[J[. 74] и выпускаются промыш.пенностью для трансформаторов
534
35 330 кв. Их сердечник надевается на выводы силовоrо трансфор-
матора снаружи. При наличии встроенных или накладных трансфор
маторов TOI<a со стороны высшеrо напряжения силовоrо трансфор
матора на них включается дифференциальная или максимальная
защита, которая охватывает весь трансформатор и ошиновку низ
шеrо напряжения. При отсутствии трансформаторов тока со CTO
роны высшеrо напряжения на силовом трансформаторе может быть
выполнена только маI<симальная защита со стороны низшеrо напря
жения. При этом вводы низшеrо напряжения силовоrо трансфор
матора и ошиновка до трансформаторов тока остаются без защиты.
Поэтому применение встроенных или накладных трансформаторов
TOI<a со стороны высшеrо напряжения является обязательным.
Оперативный ТОК. Подстанции, выполняемые по упрощенной
схеме, не и.меют «тяжелых» выключателей, требующих приводов
с большим потреблением l\-IОЩНОСТИ. В связи С этим на таких под
станциях удобно применять переменный оперативный ток.
б) Выполнение заЩИТЫ
Релейная защита трансформаторов на подстанциях с упрощен
ной схемой имеет несколько вариантов исполнения в зависимости
от схемы ВI<лючения трансформаторов, их мощности и чувствитель
ности линейной защИТЫ.
Защита трансформаторов, включенных по блочной схеме
(рис. 16 42, 6). Д л я з а Щ и т ы м а л о м о Щ н ых трансфор
маторов целесообразно использовать линейную защиту, установлен
ную с питающеrо конца линии на подстанции А. Эта защита, I<aK
правило, выполняется из двух комплеI<ТОВ: максимальной защиты
с выдержкой времени по условиям селективности и мrновенной TOKO
вой отсечкой, отстроенной от к. з. за трансформатором. ОтсеЧI<а ox
ватывает часть обмотки, трансформатора, вторая часть входит
в зону маI<симальной защиты, I<оторая действует также и на участке
от выводов до вьп<лючателя на стороне низшеrо напряжения TpaHC
форматора и резервирует к. з. на шинах низшеrо напряжения.
На трансформаторе устанавливается маI<симальная защита со
стороны НИЗlllеrо напряжения, действующая на ОТI<лючение выкл
чателя Ве. [азовая защита трансформаторов (если она имеется)
действует на сиrнал. Для защиты от переrрузки устанавливается
сиrнальное токовое реле в одной фазе.
Н а :м о Щ н ы х т р а н с фор м а т о р а х, для которых
требуется быстродействующая защита, полностью охватывающая
обмотки и выводы трансформатора, а также защита от витковых по
вреждений, применяются дифференциальная и rазовая защИТЫ.
Обе защиты действуют на включение короткозамыкателя. За-
щита линии выполняется как и в предыдущем случае.
Защита трансформаторов, подключаемых к ответвлению от линий
(рис. 16 42, а). На трансформаторе устанавливается короткозамы..
катель и отделитель.
535
Для обеспечения селективноrо отключения повреждений в TpaH(,
форматоре на нем должна быть предусмотрена полноценная заЩll1"а
от повреждениЙ, действующая на КОРОТJ{озамыкатель и отделитель,
а на линии АПВ (рис. 16 43, б).
В I{ачестве защиты от поврежденпй в трансформаторе устанав..
J11-шается rазовая и дифференциальная защиты. На трансформаторах
средней и малоЙ мощности вместо дифференциальной защиты при..
меняется токовая отсеЧI\:а в сочетании с максимальной защитоЙ ИЛ и
защита от замыканий на корпус. Со стороны высшеrо напряжения
защиты ВКЛlочаются на встроенные или накладные трансформаторы
TOI{a. При Этоr>.,1 наружная. часть выводов силовоrо трансформатор'а
попадает в зону трансформаторной защиты только при применении
защиты от замыканий на корпус (э 16..11).
Для защиты трансформатора от внешних к. з. устанавливается
маI{симальная защита. Она ПОДI{лючается к трансформаторам тока
на сТороне ннзшеrо напряжения и действует на отключение ВЫJ{люча..
теля траНСфОРl\Iaтора В р
Функции резервной защиты трансформатора (на случай отказа
коротн:озамыкателя, вык.пючателя ВТ или защиты трансформатора)
возлаrаются на линеЙную защиту.
На рис. 16 43, а приведена защита трансформатора с передачей
ОТК.пючающих импульсов на противоположные концы линии. При
повреждении в трансформаторе ero защита передает по каналу связи
импульс на отключение выключателей В А и Ев линии.
В обеих схемах ПОС.,1Jе отключения выключателей линии спе..
циальным устройством проверяется отсутствие напряжеflИЯ на по..
врежденном трансформаторе и авrоматически отключается отдели
тель од. По истечении времени, необходимоrо для этой операции,
деЙствует АПВ, включая в работу линию Л 1.
Двухтрансформаторные подстанции. ТраНСфОР1\lаторы на этих
подстанциях работают раздельно (рис. 1 6 42, в). Для обеспечения
надежности приемные шины выполняются в виде двух секциЙ; связы
вающий их екционный выключатель НОРl\'lально отключен и имеет
АВР. При ЭТIIХ условиях защита трансформаторов и питающих их
линий выполняется аналоrично рассмотренноЙ по рис. 16 43, б.
Схема действия защиты на короткозамыкатеJ'IЬ и отдеJ'Iитель.
Эта схема является важной частью защиты трансформаторов без
I3ЫI{лючателеЙ на стороне IЗысшеrо напряжения.
Как уже отмечалось, действие защиты на короткозамыкатель
п отделитель должно происходить в определенной последователь..
ности, обеспечивающей работу отделителя в бестоковую паузу
АПВ линии, т. е. в тот момент, коrДа по отделителю не проходит
ток. Схе],1а управления отделителем выполняется таким образо""t
чтобы ИJ,1пульс на есо отключение подавался после срабатывания
коротКОЗQ],1blкamеля при условии, чmо питающая линия отключц"
лась и ток К. з. прекратился. На рис. 16 44, а, б показаны схемы,
удовлетворяющие поставленным условиям. В обеих схемах защита
1'рансформатора при срабатывании подает импульс в катушку
r; б
vv
включения КВ привода короткозамыкателя. В пер в о 1\1 В а -
р и а н т е с х е 1\1 Ы, показ2..ННОМ на рис. 1 б 44, а, отключение от-
делителя производится с по!\лошью TOKoBoro реле пр я!\лоrо деЙствия
БРО.
Это реле встроено n привод отделителя и питается TOI{OM от TpaHC
форматора тока Т к, установленноrо в цепи короткозамыкателя.
.В реле БРО имеется ОТI{Лlочающая пру}кина, I{оторая при включении
отделителя завоДИТСЯ (С}КШ\1ается) и удерживается в таком состоянии
механическоЙ защелкоЙ реле. При включении КОРОТI{озамыкате lIЯ
в цепи трансформатора TOI{a Т к и реле БРО появляется ток. Якорь
БРО втяrиваетсл, с)кимает вспомоrате.пьную пру}кину и остается
в подтянутом поло}ке
нии, ПОI{а протекает ток
К. з. После отключения
линии, питающей транс-
фор!\латор, ток. в БРО
JIсчезает, ero сердечник
отпадает и с силой,
обусловленной вспомо
rательнои пру}киноЙ и
весом сердечника, yдa
ряет по защеЛI{е, OCBO
бо:ждая ОТI{лючаюш.ую
пру}кину БРО. Послед
няя воздеЙствует на Me
ханизм привода OTдe
лителя, и он ОТI{ЛЮ
чается.
При наличии на ли
нии быстродействуюш.ей
заш,Иты, реаrирующей
на к. з. в тра нсфор !\,шторе, линеЙное АПВ дол}кно быть ДBYKpaT
ным. Это необходимо для обеспечения обратноrо включения линии
после отключения отделителя. ДеЙствительно, вследствие медлен
110ro действия I{ороткозаМЫI{ателя линия может отключиться от
своеЙ быстродействующей заш.иты раньше, чем замкнется I{OPOTKO..
замыкатель, тоrда реле Б РО не сработает и отделитель в бестоко
вую паузу АПВ Не ОТКЛЮЧИТСЯ. За время бестоковои паузы ]{o
роткозамыкатель заМIПlется, поэтому АПВ включит линию на
искусственное к. з. В короткозамыкателе ПОs:Iвится ток J к, под деЙ
ствием I{OTOpOro сработает реле Б РО и после повторноrо отклю
чения линии отключит отделитель трансформатора. При нали
чии BToporo ЦИI{ла у АПВ линия включится вновь и останется в
работе.
Если линия не имеет быстродействующей защиты, работающей
при к. з. в трансформаторе, то схема на рис. б 44, а мо}кет приме
няться с однократным А.ПВ при условии, что tЭlJЩ.линии > (tзащ.т +
+ Iноро"IкоэамыкJтсля)..
а)
11
l'
5)
Рис. 16 44. Схема ОТI<J!ючения отделителя.
а с реле Б РО; 6 ОТ t5JJ(Ж I{(ШТ1ШТОВ ИОрОТl{оза
мыкателя с peJle времени.
637
В о в т о р о м в а р и а н т е схемы, приведенноЙ на рис.
16 44, б, импульс на отключение отделителя (в катушку КО)
подается контактами реле времени РВ. Реле РВ пускается при за-
мыкании блок контактов БК короткозамыкателя и контактов токо-
Boro реле РТ. Первые (контакты БК) замыкаются при замыкании
ножа короткозамыкателя, а вторые (контакты РТ) при отсут",
ствии тока в реле РТ.
Таким образом, отключение отделителя может произоЙти только
при срабатывании короткозамыкателя и отключении линии.
Однако если блок контакты БК замкнутся раньше,чем сработает
нож короткозамыкателя, то, поскольку контакты РТ при этом будут
еще замкнуты, возможна подача импульса на отключение отделителя
до отключения линиЙ. Для предотвращения такой опасности служит
реле времени РВ. Оно должно работать с выдержкоЙ времени по.
рядка O,2 O,3 сек, превосходящеЙ возможную разновременность
замыкаНIIЯ ножа и блок контактов корarкозамыкателя.
Чтобы обеспечить срабатывание короткозамыкателя и отдели-
теля во время бестоковоЙ паузы, коrда питающая линия отключена
и подстанция остается без напряжения, оперативная цепь коротко.
замыкателя и отделителя должна питаться от независимоrо источ-
ника. Таким источником может слу)кить аккумуляторная батарея
или предварительно заряженныЙ конденсатор.
Рассмотренная схема (рис. 16 44, 6) является универсальноЙ и
10жет применяться при наличии на линии как быстродеЙствующеЙ
защиты, так и защиты с выдержкоЙ времени. В обоих случаях на
линии применяется однократное АПВ, при этом время АПВ должно
быть больше времени включения короткозамыкателя и отключения
отделителя, чтобы за время бестоковоЙ паузы поврежденныЙ транс-
форматор успел отключиться. Схема по рис. 16 44, 6 надежнее
схемы с БРО и рекомендуется к применению.
Полная схема защитЫ на переменном оперативном токе понизительноrо транс..
форматора, подключенноrо к ответвлению от лнний, прнведена на рис. 16 45.
На трансформаторе установлены днфференциальная, rазовая, максимальная то.
ковая защиты н защита от переrрузкн, действующая на снrнал (рис. 16 45, а).
Оперативные цепи дифференцнальной и максимальной защит пнтаются от TpaHC
форматоров тока, rазовой защиты н защнты от переrрузкн от трансформаторов
собственных нужд. Дифференциальная защита выполнена с помощью реле типа
PHT 565 (8РТН и 9РТН).
Для питания защиты со стороны высшеrо напряження нспользуются встроен.
ные в силовой трансформатор трансформаторы тока 4ТТ. Вследствие относнтельно
малой мощностн встроенных трансформаторов тока их вторнчные обмотки coe
диняются на каждой фазе последовательно. Днфференцнальная защнта действуе11
на включенне короткозамыкателя 2К3 и отключенне выключателя 3В.
Прн срабатыванни днфференцнальной защнты контакты 8РТН и 9РТН
(рис. 16 45, 6) замыкаЮт цепь токовых промежуточных реле 17РП и 18РП тнПа
РП 341 (см. 4 8, r); последнне приходят в действ не н дешунтнруЮТ катушкн
включения короткозамыкателя 37КВ н 38КВ н отключения выключателя 39КО
и 40КО. В результате этоrо включается короткозамыкатель 2К3 и отключается
выключатель 3В. Максимальная защнта (рис. 16 45, 6) выполнена с помощью
q-ОКОВbIХ реле 11 РТ н 12 РТ тнпа РТ .40, TOKOBoro реле времени 15 Р В тнпа РВ1\1
(см. 4 8. r). Токовые реле макснмальной защнты 11 РТ и 12РТ включены на транс.
фОрl\1аторы тока 4ТТ со стороны высшеrо напряження (в плечо llифференцнальноЙ
538
д li rpcpepeHU lJ а лыlG я
.защита
i1 ftg
10
" 9 22
П73/J8tlЯ Jащuта. от
защита lJеjJеrJjJfjЭНlJ
,Д ,1 ,ft!
21(0
А
:QКi Л6 i О i Q @
11 12 1S 2J 24
iii
17 18 19
8ыхоаные пРОМВЖ!lтОllнtJlе pe/J11
Те.н W М .. б.ло/(цро8/(а
отКЛЮllенця
pt 'П8 ру отiJелцтеЛFl
1J 20 25
5TT
J8
о
о
l1uтtzf/ue олератu8НЬ/J<
"елеи .защuты
А В С
5ТТ
22РУ 1'lРЛ
-
2ЗРУ
18РП
...
!::'<>
:::;
:-S
%; '":>
i1
I
:::t }..
}..:
\1-
(:"....;::,
"'5 t;; t:::",
::r
:g qJ
qJ
R
<:%
t::
::::t
"')
ctJt::S:$o
t::S<::)
c.
29СД
,
C:S
......
::r
б: :$
::::
15Р8
t!JРЛ 15Р8, 2z;PY
1!JРЛ 19РП
f9РЛ2
} /( lIзмерll
тельным
приоорам
1!JРП
26
I '
r l
") !,j
:).
,
::::tc:s
J1 СД с,
С2
J28 -r-2I(JJ 20РЛВ
JJ8r C,J 13РТ
1;1 '14/(0
20РП8 25РУ
.J:i"'"
От 1с н
а' 7ОР7
I )о- СtlМ(JЛ псреер.!lЭКU
14 Р f2 . } с иёнал
J.I 21РУ eaJo8oii
I · защиты
2S УЗ ... С lI2Н{]/7 Heиcпpa8
r ности У J
7TT
а) б) 6)
Рис. 16.45. Полная принципиальиая схема защиты трансформатора, ПОДКЛЮЧСlшоrо к ответвлению от линии 110 К8 без выклю-
чателя на стороне 11 О К8.
I!JРП
защиты), что позволяет ввести в зону деиствия максимальноЙ защиты силовой
трансформатор. Поскольку трансформаторы 4ТТ соединены в треуrольник, Ma:{
симаЛЫJaЯ защита не реаrируеr на ток /0 (СМ. 9 3 6. r) и блаrодаря этому исклю-
чается воз:\южность ее неселективнои работы при к_ з. на землю в сети высшеrо-
напрюкеНrIЯ в тех случаях, Коrда нейтраль защищаемоrо трансформатора зазем
лена.
l\\аксю.шльная защита выполняется с двумя выдержка:\ш вре:\lени. С меньшеЙ
выдержкоЙ она отключает к. з. на шинах низшеrо напрюкения и резервирует.
отказы защит отходящих ОТ них присоединений. С большеи выдержкои она рабо-
тает при к. з. В трансформаторе, резервируя ero дифференциальную защиту.
При срабатывании TOKoBoro реле 11 РТ или 12РТ за:\Iыкастся цепь обl\1ОТКИ реле
Bper.leHII !3РВ. Последнес перВЫ:\1 СКОЛЬЗЯЩШ\l контактом 15РВ 1 подает ток в об.
I\ЮТКУ TOKoDoro промежуточноrо рслс 19РП. Это реле срабатывает и дешунтирует
катушку отключения 41 КО ВЫЮIючателя 3В, после чеrо он ОТК.lючается. Втор.оЙ
контакт 15РВ 2 заМЫlшется с большей выдержкоЙ времени; он приводит в деЙ:ствне
ПРО;\lежуточные реле 17 Р П и 18Р П, I(OTOpbJe включают короткозаыыкаТСJIЬ 2К3.
rазовая защита ДОПО.'Iняет дифференпиальную защиту и должна работать прежде
Bcero при.повреждениях, сопровождающихся l\1а lЫI\Ш токами, при которых диф
ференциальная защита не может сработать из за недостаточной чувствительности
и l\lалой Вt'.lI!ЧИНЫ оперативноrо тока, получаеl\юrо от трансформаторов тока.
В ЭТО!'.I случае напряжение остается близким к нормальному и ПОЭТОМУ оператив-
ные цепи rазовои защиты питаются от трансформатора собственных НУЖД Tc.fl
(рис. 16 45. в). ОтключающиЙ контакт rазовоrо реле 14PF 1 деЙствует на промежу
точное реле 1БРП, которое с помощью контакта lБРП 1 удерживает себя в срабо-
1'ашюм состоянии до отключения короткозамыкателя, ПОСJIе чеrо раЗ\lыкается ero
6Jюк контакт 2К3. Второй и третий контакты реле lБРП замыкают цепь катушек
42КВ и 43КО с ПОl\ЮЩЬЮ которых включается ко.рОТКОЗЮ,lыкатель II отключается
3В. Второй контакт rазовоЙ защиты pr z деиствует на сиrнал.
Оперативная цепь отключения отделителя питается от предварительно заря-
жеШ-IЫХ конденсаторов C 1 , C z , С з (рис. 16 45, в), чем обеспечивается отключение
отдеv'Iителя во вре:\IЯ бестоковои паузы, коrда на подстанции отсутствует напря-
жение- Заряд конденсаторов С осуществляется от зарядноrо устроЙства УЗ 400
(Cl\I. 4 8. е). которое питается от траНсфОР Jaтора собственных нужд Т C. :. Схема
отключения отделителя выполнена соrласно рис. 16 44, б. При включении KOpOT
козамыкатсля 2КЗ и отсутсТВИИ в нем тока блок контакт 2КЗ и контакт TOKOBOro
реле 13РТ замыкают цепь промежуточноrо реле замедлешюrо деиствия 20РПВ,
последнее с небольшои выдержкой времени 0,2 сек замыкает цепь катушки OT
ключения отделителя 44КО.
Сиrнал о переrрузке подается токовым реле 10РТ, оператнвная цепь KOToporo
питается от трансформатора собственных нужд. Рассмотренная схема защиты пред
назначена для трансфорr.!аторов мощностью 7 ,5 20 Мва. На более мощных транс-
форматорах защита выполняется также, но для большеЙ надежности дифферен
ЦН8ЛЫlая защита выполняется трехфазной. Друrие варианты схем понизитель.
ных трансформаторов подробно рассмотрены в [Л. 5, 62, 80j.
16 13. ЗАЩИТА ВОЛЫОДОБАВОЧНЫХ РЕrУлировочных ТРАНСФОР1\1.А
ТОРОВ
в) Виды заlЦИТ
Для реrулирования напряжения ПОД наrрузкой в ряде случаев
примеНЯIОТСЯ спеuиальные вольтодобавочные трансформаторы, co
стоящие из реrулировочноrо автотрансформатора и последователь
Horo трансформатора (рис. 16 4б). Вторичная э. д. с. !1Е с реrули-
ровочноrо автотрансформатора при помощи последоватеЛЬНОl О
трансформатора добавляется к э. Д. с. Е ОДНОЙ из обмоток OCHOBHoro
540
трансформатора, увеличивая или уменьшая ее величину на
ДU == 11: 100%.
Для защиты ВО..:1ьтодобавочноrо трансформатора устанавлива
lОТСЯ rазовая защита и выполняемая по особой схеме максимаЛЬНаЯ
J H
I
l
I
IРеС$lлиРОffОI{Н /li I
laoтoтpOItC(IJOP 1
L ylllТ)O J
[OC HDL7HOil тРUНСчJOрмuтср 1 !!!.
l
r ..., r .,
1 I I
I
I
1
I
I
I
I
r
I
I
I
r послеtlо6а r
lтельныtJ тра.уС-1
JJ!!.D.JJM.!!.тOP .J
а)
Jp1J
,
J ТI
I pl
l1n = /лl
l л 2.
БJ
Рис. 16 46. Схема включения добавочноrо реrулировочноrо трансфор
матора.
а ПОJJная схемв; 6 схема ОДНОЙ фазы.
то){овая защита. Кроме Toro, может использоваться дифференциаль-
ная защита OCHOBHoro трансформатора или устанавливается допол-
нительно дифференциальная защита вольтодобавочноrо траНСфОРI\18-
.
тора.
б) Максимальная токовая защита вольтод06аВОLIноrо TpaHC
форма тора
Для защиты от к. з. В реrулировочном автотрансформаторе и соединительной
провод"]{е между штотрансформатором и последовательным трансформатором пре
дусматривается максимальная токовая защита, имеющая два ваРИ,анта исполне-
ния. Для уменьшения выдержки времени зона деЙствия этой защиты оrраничи
вается так, чтобы она не работала при к. з. В сети OCHoBHoro трансформатора.
В первом варианте исполнения Wlя этой цели служит блокировка, а во втором
rrорможение. В современных схемах применяется защита с торможением.
МаКСИМaJlьная токовая защита с торможением (рис. 16 47) выполняется при
помощи реле с маrнитным торможением такой же конструкции, как и реле, по..
каэанное на рис. 16-35. Рабочая оБМQтка ЭТОfQ реле вклЮчаетсЯ cQ стороны пер-
'"
541
вичных выводов автотрансформатора, а тормозная в цепь обмотки Силовоrо
трансформатора (рис. 16 47).
Поток тормозноЙ .обмотки замыкается по крайним стержням маrНИТОПРОВОД<i,
вспоыоrательноrо трансформатора, не попадая в средний стержень. r;::,e расПоЛо
[Тl t
'z
r
/h
/; I
'/ I ,
I ' р,
/ I
L :
1:7.
/р r:fJ(/P'
Ь ,
aJ
01
Рис. 16 47. Максимальная токовая защита рсrулировочноrо
автотрансформатора с торможением.
а схема ВКJJЮЧСf1 !Нl peJle; 6 тормозная характеристика реле.
жена пторичная обмотка, питающая реле. Таким образом, тормозноЙ поток только
ПОД\lаrничивает маrнитопровод, ухудшая при больших токах lт траНСфоРi\1ацию
рабочеrо тока 1 р в цепь реле. При к. з. В автотрансформаторе ПОДi\iаrничива:ощсе
действие ТОрl\ЮЗНОЙ обмотки невелико, так как ток J т относительно мал, и ПОЭТОму
рабочая об:"ютка индуктирует во вторичной обмотке ток, достаточный для деЙ
ствия реле. При внешних к. з. ток В торz..юзной
....., обмотке возрастает, вызывая насыщение маrнито
провода, трансформация рабочеrо тока ухудшается
и реле не деЙствует.
Наклон тормозной характеристики реле пыби
рается по соотношению токов в рабочеЙ и ТОрМОЗ
ной обмотках при внешних к. з. Это соотношение
nмеет постоянное значение и определяется из
уравнения, связывающеrо первичныЙ ток автотранс-
форматора 1 р с ТОКОМ вторичной обмотки силовоrо
рансфорыатора I т2 : I p1 === I т2 п п n р (рис. 16 46, 6).
На броски намаrничивающеrо тока, появляю
щеrося при включении трансформатора, защита не
реаrирует вследствие насыщения маrнитопровода,
как и в обычном БНТ.
Рис. 16А8. Дифферсн
циальная защита, охва.
iIЪШ ающая основ ной и ре.
rулиропочный трансфор.
маторы.
в) Дифференциальная защита
Для защиты вольтодобавочноrо трансформа.
!Тора может использоваться дифференциальная за-
щита ()CHOBHOro траНСфОР:\IВтора или может уста с
навливаться самостоятельная дифференциальная
защита. Диффереициальная защита, охватывающая основной И Больтодобавоч-
вый трансформаторы, показана на рис. 16 48. Для надежной отстройки от токов
небаланса при реrулироваиии напряжения применяются дифференциальные реле
с торможением (СМ. 16 5. r).
На рис. 16 49 показана самостояте.пьная Шlфференциальная защита после,ZlО-
вателыrоo трансформатора.
542
8и:лючить в зону действия этой защиты весь вольтодобавочный трансформа.
rrop не удается, так как при нулевом положении подвижноrо контакта РХ реrули.
ровочноrо автотраНСфОР1\'18тора (рис. 16 46t 6) ТОК I p1 В автотрансформаторе и
питающемся от Hero плече защиты отсутствует, в то время как во втором плече бу.
дет протекать ток СИ.'10Dоrо трансформатора 11:2, в результате чеrо возможна H€Ce.
лективная работа защиты.
Для отстройки от har-лаrНIIчивающих токов и токов небаланса применяется
лифференциальное реле с БНТ.
';/ t
1;2
J n i
,
{Т2
,
Рис. 16-49. Дифференциаль.
ная защита последоватедь.
Horo трансформатора.
Рис. 16-50. Дифференциаль.
ная защита, охватывающая
только основной трансфор.
матор.
.
в зону рассматриваемой защиты входят вьшоды и обмотки последовате.ТIьноrо
:трансформатора и обмотка звезды OCHoBHoro трансформатора. При наличии диф-
ференциальной защиты последовательноrо трансформатора и токовой защиты
волыодобавочноrо трансформатора дифференциальная защита OCHoBHoro транс.
форматора может выполняться по схеме на рис. 16-50. В этом случае защита не реа.
rирует на повреждение в вольтодобавочном трансформаторе, но при такой схеме
соотношение токов в ее плечах не зависит от коэффициента трансформации pery-
Jlировочноrо автотрансформатора.
r лава семнадцаmая
ЗАЩИТА БЛОКОВ [ЕНЕРАТОР ТРАНСФОРМАТОР И [ЕНЕРА..
ТОР ТРАНСФоРМАТОР ЛИНИЯ
17 1. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ БЛОКОВ
Блочные схемы соединениЙ находят широкое распространение
на современных мощных электростанциях. Наиболее часто соеди..
няются в один блок reHepaTop повысительный трансформатор
(или автотрансформатор) и трансформатор собственных нужд
(с. н.). Находят применение также блоки reHepaTop ПОБЫСИтель..
НЫИ трансформатор (или автотрансформатор) линия (рис. 17.1, е).
Блоки болвШОЙ мощности (150, 200, 300, 500, 800 Мет) объединяют
в единый arperaT не только reHepaTop и трансформатор, но также
543
котел II турбину. Такие б.пОIПI не имеют поперечных связеЙ, позво
ляющих заменять один э.пемент блока (наПРИl\lер, трансформатор
или котел) аналоrичным :?лемеНТОI\1 друrоrо блока. В результате этоrо
повреждение или нарушение норма,пьноЙ работы одноrо элемента
блока выводит из работы весь блок.
На reHepaTopax, трансформаторах (или автотрансформаторах)
и линиях, соединенных в один блок, устанавливаются те же за
щиты, что и в случае их раздельноЙ работы. Однако объединение
в один рабочиЙ arperaT нескольких элементов большоЙ МОЩНОСТИ
вызывает некоторые, отмеченные ниже особенности в требованиях
к защитам и в отде.пьных случаях в исполнении защиты.
6
('..J
rv
а)
б)
6)
с)
т '
.0
ЛиН/iЯ {I
Л
о)
е)
Рис. 17 1. Оснопные схемы блоков.
а . r('liep TOp трансформатор; б, в. е reHepaTOJ1 Тр3t1сформатор
с ответвлен нем на с. н: д БJIOК С двумя ['енераторамн; е ['eHepa
тор трансформатор JШННЯ.
1. Соединение в один блок нескольких элементов позволяет
объединить однотипные защиты этих элементов в одну общую за
щиту. Общими обычно выполняются дифференциальные защиты
reHepaTopa и трансформатора, а также защиты от сверхтоков при
внешних к. з. и переrрузках.
2. Отсутствие электрической связи "между reHepaTopoM и сетью,
имеющее место в б.почных схемах, позволяет существенно упростить
защиту reHepaTopa от замыканий на землю.
3. Вследствие высокой стоимости мощных reHepaTopoB и TpaHC
форматоров блока к их защитам от внутренни,\ повреждений
предъявляются повышенные требования в части чувствительности,
быстроты действия и надежности.
4. Малые запасы по HarpeBY мощных reHepaTopoB обуслов.пивают
неоБWДИМQСТЬ выполнения защиты от недопустимоrо HarpeBa ротора
reHepaTopa при несимметричном режиме и ОТ переrрузки обмотки
ротора.
544
5. На блоках без поперечных связей, все элементы которых
объединены в единый arperaT, возникает необходимость действия
электрических защит не только на выключатель и Аrп, но и на OCTa
нов блока в uелом, т. е. котла и турбины.
Ниже рассмотрены особенности выполнения защит блоков.
17 2. ЗАЩИТА БЛОКА rEHEPATop..... ТРАНСФОРМАТОР
а) Защита от свеРХТОКО8 при внешних к. з. и переrрузках
и защита от несимметричных режимов
Виды релейных устройств, применяемых для защиты от CBepx
токов и несимметричных режимов, зависят от мощности reHepaTopoB
и их переrрузочных хараI{теристик.
М а л о м о Щ н ы е r е н е р а т о р ы," 5 30 1вm, выпол
няются заводами с косвенноЙ системой охлаждения. Эти reHepaTopbI
допускают по условиям HarpeBa значительные переrрузки, в том чис
ле и в несимметричном режиме. В связи с этим на rеиераторах с KOC
венным охлаждением переrрузки (симметричные инесимметричные)
MorYT ликвидироваться персоналом. Специальных защит с деЙст
вием на от!<лючение при симметричных и несимметричных переrруз
., ..
ках на этих reHepaTopax РУКОВОДЯЩИМИ указаниями по релеинои
защите [л. 6] не предусматривается. Поэтому на маломощных бло-
ках зашита от переrрузки выполняется с деЙствием на Сllrнал. В ка..
честве защиты от внешних к. з. применяется токовая максимальная
защита с комбинированным пуском по напряжению ( 15 5, б и
16 2, е). Эта защита отличается простотоЙ исполнения и малой стои-
мостью.
Мощные современные турбо и rидроrе-
Н е р а т о р ы' как уже отмеча.пось, выполняются с интенсивным
использованием стали и меди ротора и с непосредственной системой
охлаждения. ТаIПlе тенераторы быстро наrреваются при СИМ:-,IIетрич-
ных и особенно несимметричных переrрузках и внешних К. з. И
ИМЕЮТ ПОНll,кенную переrрузочную способность как статора, так и
ротора. В результате этоrо на блоках средней и большоЙ МОlЦНОСТИ
(60 И 100 1вm, а также 150 1вm и больше) для заiЦИТЫ от несиммст-
ричных реRПIМОВ устанавливаются спеuиальные токовые заЩI ТЫ
"J ., ...
ооратнои последовательнос и от несимметричнои переrрузки и внеш-
них к. З., выполняемые в соответствии с 15 5. r. Для отключения
симметричных внешних к. з. предусматривается максималы!ая
защита с пуском по напряжению в однофазном исполнении ( 15 5
и 16-2, е). От симметричных переrрузок устанавливается сиrнальное
токовое реле (см. 15-5, в). Для повышения чувствительности
к наиболее частым внешним к. з. однофазным устанавли-
взется защита нулевоЙ последовательности, реаrирующая на 1 о
или и о , рассмотренная в 16 2, r и т. д.
На всех блоках reHepaTop и трансформатор (рис. 17-1, а и б)
образуют единый arperaT, поэтому защита от внешних к. з. на сто-
18 н. В. Чер[юБРО80S
545
роне низшеrо напряжения повысительноrо трансформатора не уста-
навливается, ее функuии выполняет аналоrичная защита reHepa-
.. ...
тора, которая является в этом случае резервнои защитои Bcero
блока. Необходимость защит от внешних К. з. на стороне высшеrо
и среднеrо напряжения повысительноrо трансформатора, а также на
трансформаторе собственных нужд зависит от схемы блока и pac
положения выключателей.
На блоках с двух06моточным повысительным трансформатором
(рис. 17 l, а, б и в) устанавливается только один комплект защиты
Аrл
lJj
с.н.
j
f
I
I
I
I
L
/7 (}т/(л
т r tfло/(о
t I I t
1 '2
а)
Рис. 17 2. Защита блока от внешних к. 3.
а е двух обмоточным тrансформатором; 6 с трехоfмоточным трансформатором.
о}
от внешних к. з. Он включается на трансформаторы тока, располо
женные на нулевых выводах reHepaTopa. При таком размещении
защиты все элементы блока попадают в ее зону, что позволяет защите
от внешних к. з. блока резервировать защиты от внутренних повре-
ждений reHepaTopa и трансформатора блока. Защита действует на
выключатель блока В 1 и Аrп reHepaTopa. На рис. 17-2, а приведена
схема размещения и действия защиты от внешних к. з. Последняя
условно изображена в виде реле 2 и реле времени 3 и 4. Схема и тип
защиты, как было указано выше, зависят от мощности reHepaTopa
блока. Защита имеет две выдержки времени t 1 и /2' соrласованные по
условию селективности с защитами присоединений, питающихся
от шин электростанции. При неотключившемся к. з. на шинах CTaH
546
ции или в сети высшеrо напряжения защита от внешних к. з. отклю
чает с 1\1еньшей выдержкой /1 (установленной на реле вреl\1ени 3)
выключатель блока 81' после чеrо защита прекращает свое дейст
вие, блок остается в работе, питая собственные нужды. Если же
к. з. возникло на элеl\1ентах блока, то при отказе дифференциальной
защиты поврежденноrо элеl\1ента резервная защита блока отключает
ero от сети с выдержкой вреl\1ени /1' а затем с большей выдержкой
/2 :;::::::: t 1 + t1t (реле времени 4) подействует на Аrп, прекращая
питание места к. з. от reHepaTopa. Реле напряжения I\ШКСИl\1альной
защиты с пуСКОl\1 по напряжению обычно питается от траНСфОрl\1а
тора напряжения Т Н 1, подключенноrо к выводаl\1 reHepaTopa. Пля
повышения чувствительности к к. з. на стороне высшеrо напряже
ния реле напряжения 1\1oryT подключаться к Т Н 2 на шинах блока.
Если обl\ютка высшеrо напряжения траНСфОРl\1атора блока зазем
лена, как показано на рис. 17 2, а, то для резервирования отключе
ния к. з. на зеl\1ЛЮ на шинах блока и в подключенной к НИl\1 сети
устанавливается токовая защита нулевой последовательности (реле
5, 6 и 7), действующая с выдержкой времени на отключение выклю
чателя блока 81.
Если нейтраль траНСфОрl\1атора не заземлена или трансформатор
может работать в реЖИl\1е заземленной и раззеl\1ленной нейтрали,
преДУСl\1атривается защита, ОТК.пючающая трансформатор при за
мыканиях на зеl\1ЛЮ в сети высшеrо напряжения в случае отказа
соответствующих защит поврежденноrо элеl\1ента (шин или линий)
с выдержкой вреl\1ени 1\1еньшей, чем на защите друrих блоков CTaH
ции, работающих с зазеl\1ленной нейтралыо. Указанная защита вы.
полняется так же, как и Ha повысительных траНсфОРl\1аторах
( 16 2, д).
На блоках, имеющиХ ответвление на собственные нужды
(рис'. 17 1, б и в) обе защиты блока от внешних к. з. (2 и 5) выпол
няются С ДВУl\1Я выдерЖКaI\1И вреl\1ени: /1 и /2 (рис. 17 2, а). При к. 3.
на шинах или неотключившеl\1СЯ к. з. в сети высшеrо напряжения
защита блока отключает с 1\1еньшей выдержкой вреl\1ени t 1 выклю-
чатель блока 81' сохраняя при этом питание собственных нужд
блока. Короткие ЗaI\1ыкания на элеl\1ентах блока в случае отказа диф
ференциальной защиты ликвидируются защитой с выдержкой Bpe
1\1ени t 2 , при этом отключается весь блок, т. е. Аrп, выключатель
В 1 и траНСфОРl\1атор с. н. Если защита блока 2 имеет недостаточную
чувствительность к к. з. за трансформатором с. н., то тоrда со CTO
роны rеиераторноrо напряжения трансформатора с. н. устанавли
вается маКСИl\1альная защита 8, надежно действующая при указан
ных повреждениях..
На блоках стрехобмоточным повысительным трансформатором
(рис. 17 1, е и 17 2, 6) KpOl\1e защиты 1 от внешних к. з. на reHepaTope
устанавливаются дополнительно защиты 2 и 3 на обl\10тках среднеrо
и высшеrо напряжения трансформатора для селективноrо отклю-
чения к. з. на шинах и линиях, ПИТaIОЩИХСЯ от этих обмоток. При
наличии питания со всех трех CTOP0I:I траНсфОРl\штора для селектив
18*
541
Horo отключения внешних к. 3. защиту одной И3 обмоток следует
выполнять направленной.
В целях упрощения на блоках с трехобмоточными трансформа
70рами МО}I{НО не ставить защиту (2) на стороне высшеrо напряже
ния, как показано на рис. L 7 2, 6, используя вместо нее защиту
reHepaTopa 1, которая в ЭТОI\'1 случае выполняется с двумя выдерж
ками времени (/} и /2)' Чтобы обеспечить селективное действие защит
1 и 3 при внешних к. з. (в сети среднеro или высшеrо напряжения),
их выдержки времени должны удовлетворять условию: 13 < I} <
< t 2 .
На MOIItHbIX трехобмоточных блоках для повышения чувстви
тельности I{ внешним двухфазным IC 3. на обмотке высшеrо напря
жения иноrда устансшливается токовая заш.ита обратной последо..
вательности. При необходимости она выполняется направленной*
б) Дифференциальная защита на блоках тенератор TpaHC
форматор
Дифференциальная sаlдита блока* Для занJ,ИТЫ от к. з. В тенера..
. торе и трансформаторе блока устанавливается общий комплект диф-
ференциальной заш.иты, охватывающий тенератор и трансформатор,
как это показано на рис. 17 3.
На блоках с ответвлением к трансформатору собственных нужд
без ВЫI{лючателя (рис. 17..3, а) дифференциальная защита блока BЫ
ПО 1няется по УПРОIценной схеме без трансформаторов тока на от-
ветвлении. В этом случае при К. з. в трансформаторе собственных
нужд или в питающейся от нето сети в реле защиты появляется ток,
равный сумме токов, проходящих к месту к. з. от тeH paTopa и от
системы:
/ [I<.r + [н.с [К.ОТВ
p n n '
,,, U
тде J К.ОТВ полныи ток к. 3., проходящии по ответвлению, при
к. з. В точках К 2 и Kl'
Под действием этоrо тока заш.ита может сработать. Чтобы избе
жать неселективной работы заш.нты, ее ток срабатывания выби
рается больше, чем максимальный ток /I<.отв == /1<2 макс при К. 3.
за траНСфОРI\'I3ТОРОМ собственных нужд (в точке К 2 ), по выражеНИIО
/ с. э :==:. k и / У.2 м 8.I<С' (17 1)
При этОМ УСЛОВИИ дифференциальная защита блока не работает
при к. з. за трансформатором собственных нужд. При К. з. в TpaHC
форматоре с. н. дифференциальная защита блока приходит в дей..
ствие, есл и / К.ОТА > / С.З' Таким образом, трансформатор собствеи
ных нужд частично входит в зону дифференциальной заuJ,ИТЫ блока.
Дополнительно к неЙ на трансформаторе собственных нужд YCTa
навливаются максимальная и rазовая за,ЩИТЫ.
Условие (17 1) является допо.пнительным, кроме нето дифферен
циальная защита БЛОi<а, как и любая дифференциальная защита
518
трансформатора, должна отстраиваться от 'нб.макс И от броска HaMar
НИЧИВaIощеrо тока соrласно 16 8, в.
Н а м о Щ н ы х б л о к а х трансформаторы собственных
НУЖД, подключаемые к ответвлению, имеют значительную МОЩ
ность. В связи С этим отстройка от тока 1 К2 макс приводит К недопу..
стимому заrрублению дифференциальной защиты блока, при котором
1 С.3 > (1,5 -+ 2) I1IOм.блока.
В таких случаях дифференциальную защиту блока следует
...
выполнять по полнои схеме, для чеrо на ответвлении устанаВJlИ
вается трансформатор тока (показанный на рис. 17 3. а пунктиром)
Arп
,
, I
..........
II(.от8
k'f.oт6
К, /
о) 6) 6)
Рис.. 17 3. Варианты выполнения дифференциальной защиты бло.
ков.
с таким же коэффициентом трансформации, КаК и на reHepaTope.
При этом на трансформаторе собственных нужд предусматривается
обственная дифференциальная защита.
На блоках, имеющиХ на ответвлении к трансформатору собствен..
ных нужд выключатель, дифференциальная защита блока выпол
няется также по ПОJlНОЙ схеме независимо от мощности транс..
форматора, так как в этом ел учае защита блока по условию селек
тнвности не должна действовать при к. з. за выключатеJlем OTBeTB
ления.
ДифференциаJеьная защита rеиератора. На мощных блоках
150 МвПI и больше для повышения tlувспzвиmеЛЬНОСПlи и надежности
защиты 2енерапюра помимо дифференциаJlЬНОЙ защиты. блока 1,
предусматривается самостоятельн я дифференциальная защита re
нератора 2 (рис. 17 3, 6).
ДиффереНllиа.пьная защита блока отстраивается от броска тока
намаrничивания трансформатора блока и повышенных значений
543
тока небаланса, обусловленных разнотипностью трансформаторов
тока и различием сопротивлений плеч. Поэтому ток срабатывания
защиты получается больше 1 ном.б. Практически 1 С.3 == (1,3 7
1,5) llJOм.б (lном.б НО1\'lинальный ток блока).
Дифференциальная защита reHepaTopa отстраивается толы{о
от 1 мб, имеющеrо меньшее значение, чем у защИТЫ блока, поэтому ее
1 С.3 (0,5 --7- 0,6) lном.б, т. е. в 2 3 раза меньше, чем у защиты
блока.
При наличии диффереНIlиальной защиты reHepaTopa (дифферен
циальная) защита блока является резервной быстродействующей
защитой для reHepaTopa. Такое усло)кнение и дублирование защит
reHepaTopoB считаюr оправданным, учитывая большую мощность
reHepaTopa и обусловленную этим ero высокую стоимость.
Как видно из рис. 17 3, б, при установке дифференциальной
защиты reHepaTopa и блока на нулевых выводах reHepaTopa необ
ходимо устанавливать два трансформатора тока. Это вызывается
тем, что трансформаторы тока выполняются не больше чем с двумя
сердечниками, а с учетом защиты от внешних к. з. 3 для раздельноrо
питания цепей указанных защит ну)кно иметь три самостоятельных
сердечника.
На мощных reHepaTopax 300 М8т и больше размещение двух
трансформаторов тока в нуле reHepaTopa оказывается довольно
трудным по конструктивным причинам. В таких случаях (рис. 17..3,8)
в нуле reHepaTopa устанавливается один трансформатор To a, от
обмоток KOToporo питаются дифференциальная защита reHepaTopa 2
и защита от внешних к. з. 3. Вместо защиты блока устанавливается
защита трансформатора 1.
На блоках, выполненных по схеме на рис. 17 1, д, каждый reHe..
ратор дол)кен иметь самостоятельную дифференциальную защиту
по условию селективности. Для трансформатора устанавливается
отдельная дифференциальная защита.
Дифференциальная защита повысительноrо трансформа тора.
В схемах блоков, имеющих на reHepaTope выключатель (рис. 17 1, 8,
Z, е), на повысительном трансформаторе устанавливается самостоя..
тельная дифференциальная защита. Дифференциальная защита
блока в этом случае не ставится. Для улучшения отстройки от токов
небаланса на трехобмоточных трансформаторах или на трансформа
торах с двумя выключателями на стороне высшеrо напря)кения при..
меняется (если это ну)кно) дифференциальные реле с торможением.
в) Защита reHepaTopoB блоков от замыканий на зеМЛЮ
,
Токи и напряжения нулевой последовательности, появляющиеся
на rенераторной стороне блоков при замыканиях на землю. Для
выяснения возмо)кных ПРИНIlИПОВ выполнения защиты необходимо
представлять величину токов и напряжений нулевой последователь
ности, появляющихся в цепях reHepaтopHoro напряжения блоков во
время замыканий на землю в сети высшеrо напряжения и в самом
550
тенераторе. При этом нужно учитывать две особенности блочных
схем.
1) Блочные reHepaTopbl по принятым в Советском СО1озе пра
вилам работают с изолированной или заземленной через дуrоrася
ЩУ1О катушку нейтралью.
2) reHepaTopbI блоков связаны с сетью высшеrо напряжения
через повысительный трансформатор. При такой схеме reHepaTop
'1 /(2
C72 I.C, 2 :I: ['Т2
lIон 2
3["2
t
JC r
зе;.
б)
6')
UOr'/J
а полнм схема 9эмеще 100%
ния блока; б схема заме
щения нулевоЙ последова-
теЛЬНОСТН для случая замы- z)
кания на ?емЛЮ на стороне
l:Jысшеrо напряжения (в точ-
ке 1( z t; в схема замещеию] нулевой последовательности при зI'!МЫ.
канНИ "а 9еМJ!Ю на стороне reHepaTopHoro напр ]ження (в точке 1(1);
е зависнмостЬ и о и /. от замкнувшихся на землю витков об-
мотки статора.
3lJ or ==fra}
/з f(a)
а)
Рис. 17 4. Прохождение
тока в элементах блока
reHepaTOp трансформа.
тор при замыканияХ на
землю в reHepaTope и в
сети.
а
не имеет электрической связи с сетью высшеrо напряжения, он свя
u ..."
зан с неи посредством электромаrнитнои индукции между оомот"
ками трансформатора и электростатической ИНДУКIlИИ через емкость
С-Н между этими же обмотками (рис. 17 4, а).
Емкость С тl очень мала, она зависит от мощности и напряжения
трансформаторов и составляет величину порядка O,008 O,004 мкф.
Поэтому сопротивление связи Х ев == l/шС Т1 получается значи
тельным, а протека1ОЩИЙ через Hero ток очень малым.
При з а м ы к а н и и н а з е м л 10 В С е т и высшеrо
напряжения (например, в точке К2' рис. 17 4, а) в месте поврежде..
ния, как известно (э 9..1), возникает напряжение нулевой последо-
вательности и ок2 . В сети с rлухозаземленной нейтралыо при метал
55\
,
1
лическом замыкании на землю U O J<2 === 3 U ф, Е В сети с изолиро
ванной нейтралью U ОН2 === U ф, здесь U ф фазное напряжение сети,
[де произошло повреждение.
Под действием U ОН2 в цепи reHepaTopa ВОЗНИl{ает ток 1 о, замыкаю
щийся через землю по контуру, образованному емкостью С Т1 между
обмотками трансформатора и емкостями на землю элементов сети
reHepaTopHoro напряжения: С Т2 (обмо:rОl( трансформатора), Се
(токоведущей пепи J\. ежду трансформатором и reHepaTOpOI'.1), С..
(обмоток reHepaTopa).
Эквивалентная схема этоrо контура по {азана на рпс. 17 4. б.
1.1з схеМЫ видно, что ток 10 === Х и H ' а напряжение нулевой
Тl с1:
последовательности на стороне reHepaTopa блока U or == I оХ с 1:,
rде Х Тl === l/wC , а Х с1: === и(С Т 2 + Се + Cr)w.
Q .
Величина Х Т} > х е (в lOO 50 раз), вследствие этоrо напряже-
ние U o1' очень мало н составляет 1 2g от и(lН2. ПОСl{ОЛЫ<У абсо
лютное значение Х f} и Х с1: вел и I{О, то ток 10 также очень мал и Из-
меряется долями ампера.
у reHepaTopOB, работающих непосредственно на сборные шины.
при замыканиях на землю в сети напря)кение U ОС =-.: U ф.1" а ток
1 00 проходящий через reHepaTop, достиrает обычно несколько ЕМ..
пер (см. 9 1). Сопоставляя эти данные для обеих схем включения
reHepaTopa, можно сделать вывод, что в блочных схемах значения
U 01' И 1 oc при заМЫl{аниях в с ти во Мпоrо раз меньше, Че .j в схемах
reHepaTopOB, работающих на сборные шины. Это вызвано наличием
большоrо eMKocTHoro сопротивления свнзи Х тl меJI{ДУ reHepaTopoM
и сборными шинами блоков.
При замыкании на землю в rецераrоре
б л о к а (например. К 1 на рис. 17 4) в меСТе заМЫl{ания появляется
напряжение нулевой последовательности U ОН] == аи ф.1" rде а KO
личество заМIПIУВШИХСЯ на землю витков обмоп{и reHepaTopa.
Если замыкание возникло в сети reHepaTopHoro напряжения или
на выводах обмотки reHepaTopa, то а == 1 и U 3 К] === U Ф.1'. Под деЙ-
ствием и О Н} возникает ток 10' которыЙ замьшается на землю через
параллельно ВКЛЮченные емкости фаз относительно земли обмоток
[снератора, трансформатора и связывающих их токоведущих ча
стен (кабе.,lей или шин) (рис. 17 4, а, в),
10 == и ОКl &и ф. l'
Х Т + хс + X 1' Х Т + хс + Х.. .
Поскольку U ОН} пропорционально а, то и 10 = а.
При изменении а от О до 1 U 01' меняется от О до U Or.MaHC ==:: U ф.r
И тон: в месте замыкания 1 з == 310 меняется от О до маКСИМ8льноrо
значения i ;оп р еделяемоro величиной ИФ.J: (И оr И ф . r И /з 3/0
3 ф. r )
Х ТI + Хе + Х .. .
Хараl{тер зависимости и 01' и J з от а показан на рис. 17 4, е.
Величина еМl{остей элементов сети reHepaTopHoro напряжения неБе
552
лика, и поэт.ому ток в месте замыкания на землю f:з == 3/ о относи
тельно мал. iV1аксимальное значение J з не превосходит 5 а.
Защита и ее принци" действия. С учетом приведенноrо выше
U ...
анализа величин токов и напряжении нулевои последовательности,
возникаюших на rенераторной стороне блоков при замыканиях на
землю в сети и в reHepaTop , в Советском СОЮЗе широко применяется
,l )
Сш:нал
А.
а)
Рис. 17 -5. 3 щита ОТ замыка-
ний на землю reHepaTopa при
работе ero по блочной схеме.
а (! трансфврматором напряже
ния на выводах ("'енератора; 6
с .трансформатором напряжения в
неfiтраlJИ; в с двумя комплекта
ми sзщитЫ И включением пусковых
репе через фипьтр третьей rapM<r
инки.
J
Сliёf/l1Л
V J
..L..
6)
Аrп
8)
простая защита, реаrИРУlOщая на появление и о на зв>кимах reHepa-
тора. Селективность этой защиты при замыканиях на землю в сети,
питающейся от блока, обеспечивается ОТСТРОЙI{ОЙ от появляющеrося
при этом напряжения и or на зажимах reHepaTopa.
Схемы защиты приведены на рис. 17-5. Защита состоит из реле
напряжения 1, реаrирующеrо на U О , реле времени 2 и вольтметра 3.
Реле напряжения 1 включается на фильтр напряжения нулеВОll
последовател ьности. В качестве TaKoro фильтра обычно сл ужит
трансформатор напряжения Т Н с соединением первичной обмоткп
в звезду) а вторичной в разомкнутый треуrольник. Для правиль-
553
ной работы фильтра нейтраль первичной обмотки должна быть
об.язательно. зазем енной .( 6 3): НаПР5!жение на разомкнутом Tpe
уrольнике и u == и А + и в + и С == зu о.
Трансформатор напряжения Т Н устанавливается на выводах
reHepaTopa. В качестве BToporo варианта включения реле 1 ПрИБе
дена схема на рис. 17 57 б. Здесь реле 1 питается от трансформатора
напряжения в нейтрали reHepaTopa. В нормальных условиях напря
)кение нейтрали равно нулю, и поэтому напряжение на вторичноЙ
обмотке Т Н отсутствует. При замыканиях на землю в нейтрали по
является напряжение и 07 которое трансформируется на ВТОРИЧНУIО
сторону Т Н.
Обычно применяется схема по рис. 17 57 а 7 поскольку она ис -
пользует имеющийся для измерения Т Н. Рассмотр им её работу.
В н о р м а л ь н ы х у с л о в и я х напряжение и о == о и
реле 1 по принципу CBoero действия не должно работать. Однако
из за поrрешности в трансформации ТН и наличия третьих rapMo
ник в напряжении, возникающих вследствие искажения СИНУСОIl
дальной формы кривой фазных э. д. с. reHepaTopa, на зажимах
раЗОМКНУТоrо треуrольника появляется напряжение небаланса:
Uнб == UнБТН + U 037 (17 2)
rде V нб тн напряжение небаланса из за поrрешности ТН; U оз
напряжение третьей rармоники на зажимах reHepaTopa.
Для исключения работы защиты напряжение срабатывания реле 1
должно удовлетворять условию:
и С.З > U нб . (17 3)
При в н е ш н и х з а м ы к а н и я х н а з е м л ю за
трансформатораl\IИ блока на стороне reHepaTopHoro напряжения
появляется и о! == 1 оХ Cl:, К которому добавляется напряженпе
!1U оз третьей l'армонической.
Для исключения ложной работы защиты необходимо иметь:
U с . з > (зи о! + U оз ).
(17 4)
При замыкании на корпус обмотки reHepa
т о р а появляется напряжение U or == аU ф . r . Защита приходит
в действие при УСЛОВИИ 7 что 3U or > U с . з .
Таким образом, рассмотренная схема имеет ,Лfерmвую зону
она не действуеТ 7 если U с . з < зи о) == ахUф.rо Здесь ах число
витков, при которых напряжение U о! недостаточно для действия
защиты ах == Uс.з/U ф .
Для: уменьшения мертвой зоны ну)кно уменьшать U С.З8 Однако
уменьшение U С.3. оrраничивается условием селективности (17 4).
Д л я п о в ы ш е н и я ч у в с т в и т е л ь н о с т и защиты
на :мощных reHepaTopax 7 3007 500 Мет и больше 7 реле напряжения
целесообразно включать через фильтр, не пропускающиЙ напря
жение третьих rармониК.
554
Подобная схема осуществляется с помощью реле напряжения
PHH 57, включаемоrо через фильтр Ф, как показано на рис. 17 5, в.
При напряжении и о с частотой 50 ец реле действует при 4 8 в,
а при частоте 150 ец (третья rармоника) заrрубляется примерно
в 8 раз. При наличии фильтра в условиях выбора U с . з (17 3) и (17 4)
не учитывается составляющая U 03, что позволяет повысить чув
ствительность защиты.
По принципу действия защита :может работать MrHoBeHHo, так
как она отстроена от внешних замыканий на землю по напряжению
срабатывания.
Однако для большей надежности из за опасения появления фер
рорезонансноrо повышения напряжения в схеме предусмотрено реле
времени 3, позволяющее отстроиться от внешних к. з. на зеМЛIО
с выдержкой времени t 3.
Вьщержка t з принимается на ступень I1.t больше времени дем.
ствия /л защит линий от замыканий на землю:
/3 == t л + I1.l 1 + 1,5 сек.
(17 5)
Вследствие малой величины тока замыкания на землю (порядка
5 а) такое замедление не может привести к развитию повреждения
в reHepaTope. При токах замыкания на землю до 5а защита выпол.
няется с действием на сиrнал, поскольку такой ток может допу.
скаться длительное время, так как не вызывает разрушения сталп
статора (см. 9 2). На мои{ньа 2eHepaтopax особенно 500 Мвт lt
выше, заu{иту целесообразно выполнять с действием на отключение.
Это позволит предотвратить развитие повреждения и обеспечить
резервирование защиты от витковых замыканий. Витковые замыка
ния являются тяжелым видом повреждения и очень часто сопрово.
ждаются замыканиями на землю. Защита от витковых' повреждениЙ
не имеет резервирования друrими защитами. В случае отказа в pa
боте витковой защиты повре)кдение будет развиваться пока не перей.
дет в замыкание между фазами, на которое реаrирует дифферен.
циальная защита. Действие на отключение должно также преду
сматриваться, если ток замыкания на землю превосходит 5а.
Д в у х с т у п е н ч а т а я защита для мощных блоков с дем.
ствием на сиrнал и отключение показана на рис. 17 5, в. Вольтметр
служит для контроля за исправностью цепей трансформатора на.
пряжения, для контроля за изоляцией статора при включении reHe.
ратора в сеть и для определения числа замкнувшихся витков фазы
статора, если защита действует на сиrнал.
Из принципа работы защиты вытекает, что она будет действовать
при замыканиях на землю не только в reHepaTopax, но и на всех
элементах reHepaTopHoro напряжения (обмотках reHepaTopHoro
напряжения трансформаторов блока и собственных нужд и ,соеди.
нительных связях между ними и reHepaTopoM).
Выбор уставок ел. 6]. Напряжение срабатывания выбирается
по условию селективности при замыканиях на землю в сети высшеrо
напряжения (17.4).
555
Действующее значение напряж ения сра батывания реле
и с . р == k и : VU r + U з, (17 6)
и
rде J;r U I' + U з действующее значение составляющих основноЙ
частоты U or И третьей rармоники U оз [л. 29]; k и коэффициент
надежности, принимаемый равным 1,3 lt5; п и коэффициент
трансформации Т Н.
, На основании опыта эксплуатаuии U с.з принимается в схемах
без фильтра третьей rармоники равным 10 15 в. В схемах с фильт-
ром U с . з === 5 +- 6 в.
В с х е м е с Д в у м я с т у п е н я м и (рис. 17 5, в) реле,
действующее на сиrнал, выполняется с приведенными выше YCTaB
ками. Реле, дейС'tвующее на отключение, выполняется суставкой
и с.з ::;::::; (0,5 -+- 0,6) U ф.r при условии, что при этом напряжении
1 з 5 а.
Чувствительность защиты и величина мертвой зоны оцениваются
по ПрОllенту витков ах, при замыкании которых защита перестает
действовать: ax ::: :/с.з 100. Мертвая зона может определяться
ф.r
rрафически соrласно рис. 17 4, 2.
Чувсп18uпzeльность защипlЫ должна быть такой чтобы пюк 13
при повреJlсденuи в мертвой зоне был .меньше 5 а.
В р е м я Д е й с т В И Я защиты выбирается по выражению
(17 5).
Как отмечалось в 1 6 1, на мощных [енераторах с непосредствен
ным охлаждением имеется повышенная возможность поврежде
ния ИЗОЛЯIlИИ и появления замыкания на землю обмотки статора
вблизи нулевой точки. Несмотря на малые значения токов, при пов
реждении вблизи нейтрали признается целесообразным на особо
м о щ н ы х и Д о р о r о с т о я Щ и х [енераторах, 300 500
800 Мвт- и более, применение защит от замыкания на корпус, н е
и м е ю Щ и х м е р т в о й з о н ы (100 % защиты). Такая защита
позволит немедленно выявить повреждение [енератора, rде бы оно
не появилось, и предотвратить ero возможное развитие. Разработки
подобных защит ведутся и в Советском Союзе.
r) Взаимодействие с технолоrическими защитами блока
Выше отмечалось, что основные элементы блока: котел, турбина,
reHepaTop, трансформатор представляют единое Ilелое. Отклю
чение повысительноrо трансформатора или reHepaTopa означает
прекращение работы блока и нарушение режима работы турбины
и котла. В зависимости от причин отключения электрическоrо обо
рудования блока и возможности ero обратноrо включения возможен
перевод тепловой части блока в один из трех режимов:
1) полной остановки турбины и rашения котла;
2) полной остановки турбины и перевода котла в растопочный
режим;
556
3) перевод блока на холостой ход.
При повреждении reHepaTopa и ПОВЫСlfтельноrо траысформатора
дальнейшая работа бло!{а невозможна. Поэтому защиты от внутрен-
иих повре:ждений reHepaTopa и повысительноrо трансформатора
должны воздействовать через цепи технолоrических защит на OCTa
НОВКУ турбины и rашение котла.
При отключении бло!{а вследствие к. з. в сети или переrрузки
reHepaTopa целесообразен перевод турбины и котла в режим холо-
cToro хода, так как в этих случаях имеется возможность и должны
приниматься меры к быстрому включению блока в сеть. В COOTBeT
ствии с этим первые ступени защиты от внешних !{. з. (действующих
на отключение выключателя блока) должны одновременно воздей
ствовать на перевод тепловой части БJlо!{а в режим Xo.aocToro хода.
д) Пуск от защиты устройств пожаротушения на повыситель-
ных трансформаторах блока
Мощные повысительные трансформаторы снабжаются автомати-
ческими устройствами пожаротушения водой или мноrокраТilОЙ
пеной. Пус!<: установок пожаротушения ОСУШ,ествляется от rазовой
+
I }'п
РПВ
I
[}У
PIi РПВ
1 1
РП
2 п:
"'6
! н
о)
РЛ,
J 1 .. .Jаtl!UЖl((zl
2 заIJ81.1:JICII'О 2
а)
Рис. 17 6. Принци.
пиальная схема пуска
от защиты установки
ДJ1я тушения пожара
трансформатора.
а схема пуска; 6
схема установки; Н
пожарный насос; УП
установка тушения по--
жара трансформатора.
PI7J
1 1
Ложар/f6l11
....
насос
и дифференциальной защит трансформатора (не блока). Пуск пожа-
ротушения разрешается при действии указанных защит и фиксации
(с помощью реле минимальноrо напряжения) отсутствия напряжения
на трансформаторе. Cx€-мa пуска от защиты пожарной установки
показзна на рис. 17-6. По действующим в СССР правилам автома-
тический пуск ,устройства пожарarушения от защиты должен вы-
полняться на трансформаторах моu ностью 200 Мва и Выше.
557
17 3. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ БЛОКОВ fEHEPA ТОР ТРАНСФОРМАТОР
ЛИНИЯ
Для удешевления распределительноrо устройства электростан..
ций находит применение схема, при которой reHepaTopbl станции
коммутируются на шины расположенной вблизи подстанции по
блочной схеме: reHepaTop трансформатор линия (рис. 17 7).
При такой схеме выключатель на стороне высшеrо напряжения
трансформатора обычно не устанавливается.
Повреждение в трансформаторе в этом случае должно отклю
чаться со стороны reHepaTopa выключателем В 1 и со стороны си..
стемы выключателем 82, находящимся на противоположном
конце линии.
Последняя операция производится с помощью короткозамыка..
теля К, устанавливаемоrо на стороне высшеrо напряжения трансфор..
матора, или посредством пе..
редачи отключающей команды
от защиты трансформатора
..
на противоположныи конец
линии по каналу связи.
Защита элементов paCCMaT
риваемоrо блока получается
достаточно простой ивыпол..
няется следующим образом.
Защита reHepa-
Рис. 17 7. Защита блока reHepaTOp т О р а и т р а н с фор м а..
трансформатор линия. т о р а осуществляется на
основе принципов, paCCMOT
ренных выше для блоков reHepaTop трансформатор. Защита
трансформатора действует на отключение reHepaTopHoro' выключа..
теля 81 и на включение короткозамыкателя К. При повреждении
в трансформаторе ero защита Т и r отключает 81 и включает ко-
роткозамыкатель К. Защита ЗЛ 2 линии реаrирует на к. з., YCTpoeH
ное короткозамыкателем, и отключает трансформатор от системы.
Защита линии при блочной схеJlде получается достаточно про..
стой. Со стороны системы на линии устанавливаются ступенчатые
токовые направленные защиты, состоящие из двух комплектов:
одноrо реаrирующеrо на ток фазы I ф, и BToporo на ток нулевой
последовательности.
При недостаточной чувствительности токовой защиты, реаrирую-
щеЙ на ток фазы I ф, применяется дистанционная защита.
В качестве быстродействующей защиты, необходимой для обес..
...
печения устоичивости системы, используются токовые отсечки или
первая зона дистанционной защиты.
Со стороны reHepaTopa к. з. на линии MorYT отключаться с вы..
держкой времени. Ее величина не оrраничивается требованиями
устойчивости. Вследствие этоrо в качестве защиты линии со сто..
роны reHepaTopa обычно используются reHepaTopHble и трансформа
558
,
торные защиты от внешних к. з., реаrирующие на токи 12, 10 и 1 ф.
Чувствительность этих защит должна быть достаточно" для отклю-
чения повреждений на линии и резервирования следующеrо участка,
а выдержка времени должна отвечать условиям селективности.
Если линия блока оборудована AIJB, включающим reHepaTop
по методу самосинхронизации, то во избежание повторноrо ВКЛIOче
ния трансформатора при повреждении в нем АПВ, установленное
на выключателе Вl, следует блокировать при действии дифферен
циальной и rазовой защит трансформатора, а АПВ на выключателе
В2 разрешать действовать только при отсутствии напряжений
на линии, чтобы исключить несинхронное включение reHepaTopa
блока.
Избежать повторноrо включения поврежденноrо трансформатора
можно также с помощью отделителя, отключающеrо трансформатор
от линии, после исчезновения напряжения на блоке. Эта операция
производится при действии защит от внутренних повреждений
трансформатора.
r лава восемнадцатая
ЗАЩИТА ЭЛЕктРодвиrАТЕЛЕЙ 1
18-1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 1( ЗАЩИТЕ ЭЛЕl(троДвиrА tЕЛЕЙ
Релейная защита электродвиrателей, так же как и защита reHepa-
торов и трансформаторов, должна реаrировать I:!. Ehytpel-Пlие_Л В12
ждения и опасные ненормальные режимыJЛ. 75, 76].
Весьма важно, чтобы электродвиrатели не отключались защитой
при неопасных ненормальных режимах, так как такие отключения
MorYT иметь массовый характер и нанести большой ущерб промыш
ленности.
Защиту электродвиrателей следует выполнять простой и дешевой,
так как применение дороrих защит не оправдывается. Для мощных
электродвиrателей 2000 квт и выше- возможно применение более
сложных защит.
Особое по своей ответственности место среди электродвиrателей
занимают электродвиrатели механизмов собственных нужд электри
ческих станций. Отключение этих элеl{тродвиrателей из за непра..
вильноrо действия защиты может на рушить нормальную работу
электростанции, поэтому защита электродвиzаmелей omeenzcтвeH" ]
НЫХ механизмов электростанций должна отличаться особой надеЖ
носпzью.
Большое значение для бесперебойной работы промышленных
предприятий и особенно собственных нужд электростанции имеет
с а м о з а п у с к электродвиrателей. амозап v ск электродвиrате
1 Эта rлава написана совместно с Н. В. Биноrрадовым.
G59
l! ей заключ .!1 в том, что П2!!....к ратковременном попижении напря..
жения в сети, питающе й электродвиrатели, они не отключаются и
после восстановления напряжения вновь разворачиваются до HOp
мальной скорости вращения (т. е. «сами З;:lпускаются»). Наиболее
часто кратковременные понижения напряжения происходят в pe
зультате К. з. и при автоматическом переключении двиrателей с од-
ното источника питания на друroй в результате действия АВР.
ВОЗ!':10ЖНОСТЬ и большая эффективность самозапуска электродви
rателей впервые были доказаны в СССР. Мноrолетняя практика
эксплуатации электродвиrателей в Советском Союзе опроверrла
мнение о недопустимости самозапуска, и в настоящее время самоза
пуск электродвиrателей является обязательным [л. 75].
В связи с этим защита элекmродвИ2аmелей должна 06еспечивапlЬ
возможность, их самозапуска l т. е. она не должна преждевременно
отключать электродвИ2атели как при понижении напряжения,
так и при е20 восстановлении.
Наибольшее распространение как в промышленности) так и oco
бенно на собственных нуждах электрических станций имеют асинх
ронные электродвиrатели. Поэтому их защите в этой rлаве уделяется
основное внимание.
ЗаПIита синхронных двиrателей кратко рассматривается в
Э 18 1 ()
J8 2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НД ЭЛЕктРодвиrА
ТЕJIЯХ
Наиболее частыми повреждениями в электродвиrателях являются
меЖДУ9?азн . з в обмо: ах !aToQ .. Междуфазные к. з. вызы
вают значительные разрушения и сопровождаются понижением
напряжения в питающей сети с нарушением нормальноЙ работы
остальных потребителей. Поэтому защита электродвиrателей от
междуфазных повреждений является обязательной.
Оl1.tI.9фазные замыкания обмотки статора на землю менее опасны,
так как сети,.ОТ которых питаются электродвиrатели, как правило,
работают с изолированными нейтралями. Защита электродвиrа
телей от замыкания на землю устанавливается в тех случаях, коrда
'ток заТ.Iыкания на землю достиrает 5 10 а (см. ниже).
Специальные защиты от витковых замыканий в одной фазе CTa
тора не применяются) так как простых способов ее выполнения на
сеrодняшний день не существует.
Наиболее частым ненормальным режимом для электродвиrателеЙ
является переr у .
Прохождение повышенныIx токов сверх определенноrо времени
опасно для электродвиrателей. Поэтому на электродвиrателях,
подверл<;:енных переrрузкам, устанавливается заlцита от переrрузки,
которая в зависимости от условий работы и обслуживания электро-
u u u
двиrателеи выполняется деиствующеи на сиrна л, разrру зк:у прив о
]!И1\юrо 1ехани или ..,<;)Тк.{!.ючени .. Л,еКТРОl\виrатеiilf.: ..... '
560
В некоторых случаях является недопустимым или нежелатель
ным самозапуск электродвиrателей при восстановлении напряже
иия после KpaTKOBpeMeHHoro ero исчезновения. Такое положение
может иметь место по условиям технолоrии производства или безо
пасности персонала, а также бывает необходимо для оrраничения
токов самозапуска путем отключения части малоответственных
электродвиrателей (см. 18 3). На таких электродвиrателях YCTa
..
навливается защита минимальноrо напряжения, деиствующая на
их отключение.
18 3. HEI\OTOPbIE СВОЙСТВА АСИНХРОННЫХ ЭЛ ЕКТРОДВИ rл ТЕЛЕЙ
Вращающий момент электродвиrателей и MO
М е н т с о про т и в л е н и я м е х а н и з :м а. Нормальный установившийся
режим работы электродвиrателя х-арактеризуется равенством момента М д. раз
ВИI3аемоrо электродвиrателем, и мшлента СОПРОfнвления Мс механизма, приводи
Moro электродвиrателем:
Если М д < Ме, то электродвиrатель будет тормозиться, а если М д > Мс,
rro скорость вращения электродвиrателя будет увеличиваться.
При неизменном напряжении питающей сети момент, развиваемый электро
Ul.виrателем, зависит от скорости вращения n или, что то же, от скольжения s
(рис. 18 1). В нормальных усло
вия}{ paBeHcfBo М.и.. === Ме имеет Me
сто при s === 2 +- Ь%. Максималь--
вый момент дниrателя М д .М8Н равен
примерно двукратному номиналь-
ному моменту, Т. е.
М д . макс ,.......... 2
М д. HO ! ---......, .
Скорости вращения nJ{ и скольже
ниЯ s". соответствующие макси
мальному моменту. называются кри
тичеСКИМII.
Пусковой момент
М д.пvск" соответствующий скорости
вращения n === О или скольжению
s == 1 J В зависимости от KOHCTPYK
ции элсктродвиrателя имеет раз
личные величины (кривые 1, 2, 3,
рис. 18 1).
Характеристики MO
ментов сопротивления
м е х а н и з м о в, приводимых
электродвиrа.елями, в зависимости от их скорости вращения MorYT быть раз
делены на два типа: зависЯщие от скорости вращения и не зависящие от нее
(кривые 4 и 5, рис. 18 1).
Момент сопротивления, не зависЯщий от скорости вращения, имеют, напри
мер. шаровые мельиицы. Момент сопротивления, резко зависящий от скорости
вращения, имеЮт все центробежные механизмы,
т о к, п о т р е б л я е м ы й с т а т о р о м э л е к т р о Д в и r а т е л я
из сети 1 д. состоиТ из тока намаrничиваниЯ /lIам статора и тока ротора, приведен
Horo к обмотке статора, /' pOТt т. е.
/ д == /нnм + I OT.
( 18 2)
М д == Мс.
( 18 1 )
,
П/.1J
2 М д
М
......'.11. НОМ
........
J
Мд.манс
о
{О
Пн1
(SK){SH)(О)
Рис. 18 1. Зависимость момента в раще.
ния асинхронных электродвиrателей и
момента сопротивления механизмов от
скорости вращения.
(18 3)
561
Схе:\1а замещения и распределение в ней токов представлены на рис. 18 2.
Ток в роторе определяется наведенной в нем э. д. с., которая зависит от сколь.
жения (т. е. скорости пересечения обмотки ротора маrнитным потоком статора
электродвиrателя). В результате этоrо токи ротора и статора таюке меняются
с изменением скольжения.
Примерный характер зависимости периодической составляющеЙ тока статора
[д и сопротивления электродвиrателл Zд от скольжения представлен на рис. 18 3.
fZ..rJд
Z,"='i+JX,
r'
Z ' 2 .,
2 s+JX2
I д
Zo=то +jx o
/ ' ...............
рот
'нам
I
Рис. 18..2. Схема замещения асин-
xpoHHoro электродвиrателя.
п O п l
s l 8:::.0
Рис. 18.3. Зависимость
q'oKa статора и сопротив-
ления электродвиrателя
от скольжения s.
При нормальной работе электродвиrателя, коrда скольжение составляет
2 5% (т. е. близко к нулю), сопротивление ротора очень велико, ток ротора мал,
а значит мал и ток статора, так как ветвь намаrничивания имеет большое сопро.
тивление.
П у с к э л е к т р о Д в и r а т е л е й. При пуске, т. е. подаче напряжения
на неподвижный электродвиrатель, сопротивление ero мало и ток ротора имеет
максимальное значение. Соответственно максимальное значение имеет и ток ста-
t ПfjСfl
Рис. 18-4. Осциллоrрамма пусковоrо тока асинхронноrо электро
двиrателя.
тора. Ток статора при пуске электродвиrателя называется п у с к о в ы м т о -
к о м. По величине начальный пусковой ток равен току трехполюсноrо к. 3. за
сопротивлением, равным сопротивлению неподвижноrо электродвиrателя.
Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере
увеличения скорости вращения, и апериодической составляющей, которая зату-
хает по экспонеНllиальной кривой в течение нескольких периодов.
ОСllиллоrрамма пуска двиrа'IелЛ представлена на рис. 18 4. Из ОСllиллоrрам-
мы видно, что по мере разворота ток, потребляемый электродвиrателем, меняется
сначала мало и только при приближении к синхронной скорости вращения он бы-
стро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двиrателя.
ПериодичеСI{ая составляющая пусковоrо тока элеКТРОдВиrателя [П.ПУСК
при непоДВИЖНОМ роторе обычно в 4 8 раз превосхоДИТ ero номинальный ток.
562
В отдельных случаях эта Величина бывает больше. Максимальный пиК ТОКа
с учетом апериодической составляющей достиrает:
Iд..пуск == (1,6+ 1,8) Iп.пуск' (18 4)
Продолжительность затухания периодической составляющей пусковоrо тока
до значения номиналыюrо тока зависит от параметров электродвиrателя и усло
ЕИЙ пуска.
При пуске с наrрузкой развертывание электродвиrателя до номинальной
скорости происходит медленнее и продолжительность спада тока увеличивается.
Это объясняется тем, что ускорение вращения ротора зависит от величины избы
точноrо момента:
Если А1 д превосходит МС во все время пуска. то электродвиrатель пускается
быстро и леrко. Как видно на рис. 18 1, электродвиrатели. приводящие механизмы
с зависимыМ от скорости вращения MOMeH
rrOM сопротивления, пускаются леrче, чем
электродвиrатели, приводящие механизмы
с незаВИСИМЫ I от скорости вращения MOMeH
rroM сопротивления. В последнем случае при
недостаточной величине пусковоrо момента
электродвиrатели Moryт вообще не раЗВер
нуться (кривые 2 и 4, рис. 18 1), так как
начиная со скольжения, соответствующеrо
:точке а, МС превосходит М д и, следователь
но, избыточный момент на валу двиrателЯ OT
рицательный.
Электродвиrатели с фазным ротором при
отсутствии пусковоro сопротивления в цепи
обмотки ротора ИМеют меньшиЙ начальиый
момент по сравнению с друrими типами
электродвиrателей.
Поэтому по условиям самозапуска для
отВетственных механизмоВ собственных нужд
предпочитают применять электродвиrатели
с короткозамкнутым ротором.
Электродвиrатели с -rлубоким пазом и
двойной обмоткой ротора имеют наиболее
блаrоприятный пусковой момент (кривая 3,
рис. 18 1). Длительность пуска электродвиrателей t пvск , как правило, не пре-
восходит lO 15 сек, и только у электродвиrателей с тЯжелыми условиями пуска
эта величина может быть значительно больше.
При в о з н и к н о в е н и и к. з. В п и т а ю щей с е т и вблизи зажи
мов электродвиrателя последний за счет внутренней э. д. с., поддерживаемой
энерrией маrнитноrо поля, посылает к месту к. з. быстро затухающий ток. ПО
величине броски тока к. з. MorYT Достиrать значений пусковых токов.
Зависимость момента электродвиrателей от на-
п р я ж е н и я характеризуется СООТНОшением
М д == kU 2 . (l8 5)
При к. з. В сети напряжение на зажимах электродвиrателей снижается. В ре-
зультате этоrо моменты электродвиrателей уменьшаются и двиrатели начинают
тор юзиться, увеличивая скольжение (рис. 18 5) до тех пор, пока вновь не BOCCTa
новится равенство (18 1).
Если при этом окажется, ЧТО Мд.макс == МС (точка а на рис. 18 5), то электро
двиrатель будет находиться на пределе устойчивой работы и будет иметь скольже
lIие, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения электродвиrа
тель будет тор;\юзиться вплоть До полной остановки. _
Для электродвиrателей. приводящих механизмы с независимым от скорости
'вращения моментом А1с (прямая 2 на рис. 18-5), леrко может быть определено
Мшб== Mд Mc.
2 М д
M A J-lОf1
I
п=О
S=1
п=:/
8=0
Рис. 18 5. Зависимость МОМента
вращения асинхронных Двиrа
теЛей от скольжения s при раз
личных значениях напряжения.
5БЗ
предельное снижение напряжения и прсд , при котором еще сохраняется устойчи
вая работа. Действительно, учитывая соотношение (18 5) и полаrая lИ д . ном ==
== Мс, нмеем:
М д. М ШС
М
Д.НОМ
и 2
liOM
и') J
IIред
( 18 6)
а принимая во внимание Быражение 08 2), из (IB 6) получаем:
U пред == О, 7и НОМ.
(18 7)
Электродвиrатели, приводящие механизмы с зависимым от скорости враще
ния MOMeHTO!l1 Л1 с (кривая 3 на рис. 18 5), во мноrих случаях сохраняют устойчи
вую работу даже при большом снижении напряжения питания.
После отключения к. з. напряжение питания восстанавливается до. нормаль
Horo значения или из за повышенноrо тока электродвиrателей оказывается He
сколько ниже Hcro и МО!\1ент, развиваемый электродвиrателем, определяется кри
вой ]" (рис. 18 5). Дальнейшее поведение электродвиrателя будет зависеть от
СIЮЛЫЕСШIН. Шlевшеrо место в момент восстановления напряжения, и COOTEeT
ствуюших ему значений А1д и lИ с . При М:{ > мс электродвиrатсль развернется
до НОр:>Iальной скорости вращения, а при М д < МС будет продолжать TOpMO
зиться до полной остановки. В этом случае электродвиrатель необходимо отклю
чить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развер
нуться.
С а м о з а n у с к э л е к т р о Д в и r а т е л е й несколько тяжелее обыч
fюrо пуска. Объясняется это тем, что при саi\юзапуске электродвиrатели пуска
ются наrруженнымн, а элеКТРОДЕиrатеди с фазным ротором пускаются ('сз пу
cKoBoro реостата в uепи ротора. что уменьшает их пусковой МОМСНТ И увеличивает
пусковой ток, и. наконеи, пускается большое количество электродвиrателей oд
новременно, что вызывает падение напряжения в питающей сети от cYM ,lapHoro
nYCKOBoro ТОКе. Все Э10 Сliижает п)тковой МОмент и утяжеJ1яет прор.есс пуска.
Самозапуск короткозаt] нутых электродвиrателей. а тем боЛ€"е электродвиrа
телей с rдубоким пазом и двойной обмоткоЙ ротора проходит сравнительно леrко.
Опыт эксплуатаuии покаЗЫRеет, что самозапуск электродпиrателсй с фазным po
тором неопасен для них и также возможен, если пусковой момент при отсутствии
пусковоrо сопротнвления в роторе больше момента сопротивления мехаНИ'1\1а.
Для обеспечени я самозапуска необходимо выполнени.е двух условий
а) Начальное значение восстановившеrося напряжения должно быть доста 4
точнын для ра1вертываНIIЯ электродвиrателей или, иначе rоворя, при Н€Hla.тJbHOM
значении восстановившеrося напряжения (Ид) должно обеспечиваться условие
М д > Мс.
б) Защита электродвиrателей не должна их отключать под деЙСТЕием тока
са!\1Сзапуска.
Проведенные исследования показаЛJl, что самозапуск электРОДJJиrаТt::лей соб
ствснных нужд электростанций возможеН даже в тех случаях, коrда в пеРDЬ:Й м04
мент после восстановления напряжения велнчина ero составляет 0,55 И HQM- При
этом продолжите.ТIьность самозапуска 'всех электродвиrателей составляет зо
35 сек, что допустимо ПО условиям их наrревз.
1 4. ЗАЩИТА ЭЛЕктРодвиrАТЕЛЕЙ ОТ КОРОТКИХ ЗАМblКАНИЙ ME
ЖДУ ФАЗАМИ
Защита от к. з. между фазами является основной защитой элект-
родвиrателей, и установка ее обязательна во всех случаях.
В качестве защиты элеl{тродвиrат лей от к. з. применяется MaK
симальная токовая заlдита MrHoBeHHoro действи о .QI:
с е ч к a)l. отстроенная от пусковых токов и токов с?мозаПУСК8 эдект-
564
РОД !:IrателеЙ. При недостаточной чувствительности токовоЙ otсечки
на мощных электродвиrателях 2000 квт и больше; имеющих шесть
выводов, может применяться дифференциальная токовая защита.
На электродвиrателях 5000 квт и более установка дифференциаль
ной защиты считается обязательной.
Электродвиrатели напряжением 500 в и ниже, как правило, за
щищаются от к. з. плавкимИ предохранителями. Предохранители
MorYT ПРИI\lеняться и на электродвиrателях более BbIcoKoro напря
>кения, если только разрывная мощность предохранителей ДOCTa
точна для разрыва тока к. з.
Для защиты электродвиrателей целесообразно применение пе
peMeHHoro оперативноrо тока (рис. 18 6, а), а также реле прямоrо
действия, что упрощает вторич
ную коммутацию и дает суще
ственную ЭКОНОl\НIЮ контроль
HOro кабеля ввиду большоrо
количества электродвиrателей
на предприятиях и электростан
циях.
Защита от к. з. выполняется,
как правило, двухфазной, так
как токи замыкания на зеМ.ТIЮ в
сетях, от которых питаются дви
rатели, обычно невелики. При
этом трансформаторы тока целе
сообразно ставить около выклю.
чателя со стороны двиrателя. .
Во всех сл v чаях, J (оr i"Л а это воз а на переменном операТlНШОМ токе;
J & А б Н8 постоянном оперативном T I(e.
можно по чувствительности, пре
IIмущестgo отдается однорелейной схеме защиты (трансформаторы
тока включаются на ра Н-I9 СТ Ь IOков дв.ух ф ). .
Защита по схеме на рис. 18.12, а, выполненная при помощи
реле типа РТ 86, применяется для электродвиrате.пей, подвержен
ных переrрузке. При этом отсечка используется в качестве защиты
от к. З., а индукционный элемент Д.ТIЯ защиты от переrрузки.
Реле РТ 86 имеют два независимых контакта: один у индукци
oHHoro элемента (сиrнальный), друrой У отсечки, действующий на
отключение. Контакт отсечки ,постаточно МОLцен и может действо..
вать на отключение выключателя непосредственно. На электродви
rате.ТIЯХ, не подверженных переrрузкам, устанавливается токовое
реле типа ЭТ или РТ по схеме на рис. 18 6, б. Контактная система
ero не может работать на катушку отключения. Поэтому в схеме пре..
дусмотрено промежуточное реле.
В случаях, коrда однорелейная схема защиты электродвиrателей
не обеспечивает требуемой чувствительности при двухфазных К. 3.
(что может иметь место на крупных электродвиrателях с большими
пусковыми токами), применяется двухрелейная схема защиты
(рис. 18..7).
а)
о)
Рис. 18 6. Токовая защита двиrателей
от к. з. I выполненная по однорелей-
ной схеме.
,
565
Схема защиты На рис. 18 7 бол е чувствительна к двухфазным
к. З., чем схема На рис. 18 6.
Д и Ф Ф е р е н Ц и а л ь н а я з а Щ и т а электродвиrателей
ПРllведена на рис. 18 8. Дифференциальная защита дает возмож
ность получить значительно
большую чувствительность, чем
максимальная токовая защита,
так как броски тока от электро
двиrателя при внешних к. з. и
токи пуска и самозапуска, от
которых отстра ивается макси
мальная токовая защита, в схеме
дифференциальной защитЫ ока-
зываются сбалансированными.
Ток срабатывания
..
токовои отсечки от
междуфазных к. з. отстраивается
от бросков тока, посылаемых
электродвиrателем в первыЙ мо-
"
мент к. з. в сети, питающеи двиrатель, и от пусковоrо тока
...
электродвиrателя при полном напряжении питающеи сети и BЫ
веденном пусковом сопротивлении в цепи ротора (для электро
двиrателей с фазным рото-
ром) .
Определяющим, как пра
вило, является второе усло-
вие.
Если защита вы-
пол не.на при помощи
быстродеЙствующих
р е л е т и паРТ, имеющих
достаточно высокий коэффи-
циент возврата (порядка 0,85),
то для отстроЙки от аперио-
дической составляющей пус-
KOBoro тока устанавливается
промеж:уточное реле, замед- Рис. 18 8. Дифференциальная защита
ляющее деЙствие защиты на мощноrо электродвиrателя.
0,04 0,06ceK. Ток срабатыва-
ния защитЫ в этом случае ВЫ-
бирают из условия возврата реле ЭТ или РТ при максимальном
значении периодическоrо пусковоrо тока 1 л.пуск, учитывая, что
апериодическая составляющая пусковоrо тока затухает до Toro, как
успеет подействовать промежуточное реле защиты. Первичный ток
срабатывания ащиты равен:.
Рис. 18 7. Защита Двиrателей от к. 3.
В двухрелейном исполиении на по-
стоянном оперативном токе.
k и / л. пуск
/ с. 3 == k ·
В03
566
( 18-8)
.
Коэффициент k и обычно принимается равным 1,2. Максимальное
значение периодической составляющей nycKoBoro тока [п.пуск бе..
рется по данным завода или определяется путем испытаний.
З а Щ и т а, в ы п о л н е н н а я с р е л е т и паР Т .. 8 О,
имеющим большую инерционность и плохой коэффициент возврата
отсечки (порядка O,3 O,4), сработав под влиянием первоначальноrо
броска пусковоrо тока, не сможет вернуться после затухания ero апе..
риодической состаВJIяющей. Поэтому ток срабатывания подобных
реле отстраивается от максимальноrо значения nycKoBoro Т9 ка
1 д.пуск' Первичный ток срабатывания принимается равным:
[с. 3== k H [ Д. пуск == k и . 1,81 П. пусю
(18..9)
rде k и коэффициент надежности, обычно принимаемый равным 1,2;
1,8 коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую
nycKoBoro тока. Вторичный ток срабатывания защиты находится по
формуле
1 kcxl С.3
с. Р n '
т
(18..1 О)
rДе kcx коэффициент схемы, учитывающий схему соединения
трансформаторов тока, используемых для защиты; при соединении
трансформаторов тока на разность токов двух фаз (рис. 18..6)
kcx === Vз, а при соединении их по схеме неполной звезды (рис. 18..7)
kcx == 1; n т коэффициент трансформации трансформаторов тока
защиты.
т о к с р а б а т ы в а н и я Д и Ф Ф е р е н ц и а л ь н о й 3 а..
ш и т ы Д в и r а т е л е й при условии индентичности трансформа..
торов тока дифференциальной схемы и выбора их по кривым 10%"ной
поrрешности принимается равным:
1 с. 3== (1,5 + 2) [110М' (18-11)
Чувствительность защиты от ме)кдуфазных к. 3. электродвиrа..
теля оценивается коэффициентом чувствительности, представляю--
щим собой отношение тока металлическоrо двухфазноro к. з. на вы-
водах двиrателя при минимальном режиме работы питающей сети к
первичному току срабатывания защиты Двиrателя:
[121
k К. МНН
Ч 1 ·
С.3
18-5. ЗАЩИТА ЭЛЕктРодвиrАТЕЛЕЙ ОТ ЗАМЫКАНИЙ ОДНОЙ ФАЗЫ НА
ЗЕМЛЮ
Защита от замыкания на землю устанавливается на двиrателях
до 2 000 квт только в том случае, если ток замыкания на землю
1 3 1 О а. При этом учитывается сравнительно небольшая стоимость
маломощных электродвиrателей.
567
На мощных двнrателях (2 000 квт и больше) защита устанавли.
вается так же, как и на rеиераторах при токе J 3 5 а. ЗаUJ,ита BЫ
полняется с действием на отключение без выдержки времени
(рис. 18 9) с использованием трансформа
тора тока нулевой последовательности
(ТНП) типа тзл или тзРл.
Переrрузка электродвиrателя ВОЗНJI
кзет в следуюIЦИХ случаях:
а) при затянувшемся пуске или caMO
заn \'ске;
'"
б) по технолоrическим причинам и пе
реrрузке механизмов;
в) в результате обрыва одной фазы;
r) при повреждении механической чаСТIJ
электродвиrателя или механизма, вызываю
щем увеличение момента МС и' торможе
ние электродвиrателя.
Переrрузки бывают устойчивыми и
кратковременными. Для электродвиrателя
опасны только устойчивые переrрузки.
Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электро
двиrателя, кратковременны п саf\ЛОЛИКВИДИРУIOТСЯ при достижении
нормальной скорости врашения. Эти токи MorYT представлять опас
ность, только если проuесс развертывания электродвиrателя затя"
нется или если при самозапуске окажется, что М д . нач < 1\.1 с . нач -
В последнем случае электролвиrатель развернуться не сможет и
длительно будет обтекаться пусковым током.
Значительное увеличение тока электродвиrателя получается так..
же при обрыве фазы, что встречается, например, у электроДвиrа..
телей, защишаемых предохранителями, при переrорании onHoro
из них. При номинальной заrрузке в зависимости от парамет
ров электродвиrателя увеличение тока статора при обрыве фазы
будет составлять примерно (1.6 + 2,5) I HOM . Эта переrрузка
носит устойчивый характер. Так}ке устойчивыЙ характер носят
сверхтоки, обусловленные механическими повре}кдеНIIЯМИ элек..
...
тродвиrателя или вращаемоrо им механизма и переrрузкси l\1exa..
НIIЗf'ла.
Основной опасностью сверхтоков для электродвиеаmеля является
соnровождОIОl1{eе их n06bluLeHue температуры отдельных 'частей u в
первую очередь обмоток.
Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и
снижает срок службы электродвиrателя.
Переrрузочная способность электродвиrателя определяется ха..
раи:теристикой зависимости ме}кду величиной сверхтока и допуска-
Рб
? +'
т
. ,
.
..
'j
rii
11
11
Рис. 18 9. Защита элек-
тродвиrателей ОТ замыка-
ний на землю ОДНОЙ
фазы.
568
18 6. ЗАЩИТА ЭЛЕкfродвиrАТЕЛЕЙ ОТ ПЕ..
РЕfРУЗКИ
ем"ЫМ временем ero прохождеНJ1Я:
a 1
I==Т k l t
(l8 12)
rде t допустимая длительность переrрузки, сек; Т постоянная
времени HarpeBa, сек; а коэффициент, зависящий от типа изоля
ции двиrателя, а также периодичности и характера сверхтоков;
для асинхронных электродвиrателей в среднем а == 1,3; k KpaT
ность сверхтока, т. е. отношение тока двиrателя 1 д к ero номиналь
ному току:
I
/; ., д
.
1110711
Вид переrРУЗ0ЧНОЙ характеристики при постоянной времени
lIarpeBa Т 300 сек представлен на рис. 18 1 о.
При решении вопроса об установке защиты от переrрузки на
элеКТРОдВиrателе и характере ее действия руководствуются усло
[;IIЯМИ ero работы.
а) На элекmродви2ателях механиЗ.мов, не подверженных Пlехно.
Л()2ически.М nере2рузкам (например, электродвиrателях циркуляци
онных, ПЕтательных насосов и т. п.) и не
l1Jr1e1OU llX lпяжелых условий пуска или сек
сй-люзапуска, ЗйlЦluпа О1п nере2рузки н е /8
у С Т а н а в л и в а е т с я. 16
б) На эЛеКlпродвl1zаmелях nOaeepJI[eH 14
ных mеХНОЛО2uческu-лt nере2рУЗКа.м (Ha 12
пример, электродвиrателях мельниц, 10
дробилок, баrерных насосов и т. п.), 8
а lпакже на элекпlродви2ателях, самоза б
пуск КО1порых не обеспечивается. заu иПlа
отп nе ре2рузки Д о л ж н а У с т а н а в
J] и в а т ь с я.
в) 3аш,ита от переrРУ3I{И выполняется
с действием на отключение в с.пучае,
если не обеспечивается самоза пуск элек
тродвиrателей или с механизма не может
быть снята технолоrическая neperpY3Ka
без остановки э.пектродвиrателя.
r) 3аШ,ита от переrрузки электродвиrателя выполняется с деЙ
ствием на разrрузку механизма или сиrнал, если технолоrическа я
neperpY3Ka может быть снята с механизма автоматически пли Bpyq
Н ую персоналом без остановки механизма и электродвиrатели Ha
ходятся под наблюдением персонала.
д) На электродвиrателях механизмов, моrущих иметь как пере
rpY3KY, устраняемую при работе механизма, так И neperpY3KY, YCT
ранение которой невозможно без остановки механизма, целесообраз
но предусматривать действие защиты от сверхтоков с меньшей
выдержкой времени на разrрузку механизма (если ЭТО возможно)
t
(\
,\
\ !
\\ I
t
.
.
....-:::
11"oM
")
{.
о
1 2 J J б 1 8 j Ю
Рис. 18 IO. Характеристика
зависимости допустимой дли-
тельности переrрузки от
кратности тока переrрузки.
569
и большей выдержкоЙ времени на отключение элеКТРОДВИI:а..
теля. Ответственные электродвиrатели собственных нужд электри
чеСКIIХ станций находятся под постоянным наблюдением дежурноrо
персонала, поэтому защита их от переrрузки выполняется преиму
щественно с действием на сиrнал.
Защиту электродвиrателей, подверженных технолоrической пере
rрузке, желательно иметь такоЙ, чтобы она, с одной стороны, за-
щищала от недопустимых переrрузок, а с друrой давала возмож-
ность наиболее полно использовать переrрузочную характеристику
электродвиrателя с учетом предшествовавшей наrрузки и темпер a
туры окружающеЙ среды. Наилучшей характеристикой защиты от
сверхтоков являлась бы такая, которая nроходила бы несколько
ниже nереzрузочной характеристики
(пунктирная кривая на рис. 18 10).
3 а щ и т а C T е п л о в ы м р е л е.
Лучше друrих MoryT обеспечивать ха-
рактеристику, приближающуюся к пере
rрузочной характеристике электродви-
rателя, тепловые реле, которые реаrи
руют на количество тепла Qp, выделен
Horo в сопротивлении ero наrреватель-
Horo элемента:
Qp == ( : )2 rt.
Рис. I8 11. Принцип дейст-
вия тепловых реле.
2
5
Тепло, вьщеляемое в тепловом реле, пропорционально теплу,
выделяемому в эле ктродв иrателе, т. е. Qp = Qд
или
( I д ) 2 t I 2 t
n т r == д' д ·
Реле настраивается так, чтобы ero уставка срабатывания соот-
ветствовала теплу, выделение KOToporo в электродвиrателе счи..
тается предельно допустимым:
Qc.P == Qпред.доп'
Наиболее часто тепловые реле выполняются на принципе ис-
пользования различия в коэффициенте линейноrо расширения раз..
личных металлов под влиянием наrревания. Основой TaKoro тепло-
Boro реле является биметаллическая пластинка 1 (рис. 18..11), т. е.
пластина, состоящая из спаянных по всей поверхности металлов а
и б с сил ьно отличающимися коэффициентами линеЙноrо расширения.
При наrревании пластинка 1 проrибается в сторону металла с мень..
шим коэффициентом расширения а и освобождает защелку рычаrа 2,
который, поворачиваясь, под действием пружины 3 BOKpyr оси 5
замыкает контакты реле 4.
Наrревание пластинки 1 осуществляется наrревательным эле.
ментом 6 при прохождении по нему тока 1. В некоторых конструк-
570
циях реле наrревание биметаллической пластинки осуществляется
непосредственным пропусканием по ней тока.
Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют раз
личные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не co
ответствуют теПЛОВЫМ характеристикам двиrателей и имеют зависи
мость от температуры окружающей среды, что приводит к наруI.Пe
нию соответствия тепловых характеристик реле и электродвиrа 4
теля. Поэтому тепловые реле следует применять лишь в тех случаях,
коrда более простые токовые реле не
обеспечивают защиты двиrателей.
Защита от переrрузки
с т о к о в ы м и р е л е. Для защиты
электродвиrателей от переrру.зки обычно
применяются ма\ксимальные токовые за
щиты с использованием токовых реле
с оrраниченно зависимыми характеРИ 4
стиками выдержки времени типа РТ 80
. или максимальные токовые защиты, BЫ
полненные комбинацией MrHOBeHHblX то.
ковых реле и реле времени (рис. 18-12).
Преимуществами токовых защит по
сравнению с тепловыми являются более
простая эксплуатация их и более леr 4
кий подбор и реrулировка характери.
стик защиты. Однако токовые защиты
не позволяют использовать переrрузоч-
ные возможности элеКТРОДБиrателей из рис.
за недостаточноrо времени действия их
при малых кратностях тока. Для дви
r ател ей , не Иl\.Jеющих технолоrических
переrрузок, этот недостаток не имеет значения, поэтому на собственс
ных нуждах электростанций применяются только токовые защиты.
Защита от переrрузки выполняется одним токовым реле, вклю-
ченным на один из фазовых токов, или по двухфазной одно релейной
схеме (рис. 18 6), Коrда по этой же схеме выполнена защита от меж
дуфазных к. з.
В случае выполнения защиты от междуфазных к. з.при помощи
токовых реле типа PT 80 эти же реле используются и для защиты
от переrрузки. Если при этом защита от сверхтоков должна дей
ствовать не на отключение, а на сиrнал, то применяются реле типа
PT 84, имеющие раздельные контакты отсечки и индукционноrо
элемента. Схема защиты в таком исполнении приведена на
рис. 18 12, а.
Ток срабатывания максимальной токовой
8 а Щ и т ы о т пер е r р у з к и устанавливается из УСЛОВИЙ от-
стройки ero от номинальноrо тока электродвиrателя по выражению
1 С. з == k k и I НОМ. (l8 13)
воз
На Сl1fНал
liЛli
но оmffЛЮ'lен()Р
а>
На [l1lНОЛ t1Л11
на отf{flЮ'lенuо
6)
18 12. Токовая защита
от переrрузки.
а с реле типа ИТ 86; б
с реле типа РТ 40.
571
Время Действия защиты от переrрузки
ДО.пжно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электро
.двиrателя при эксплуатационно возможном понижении напряжения,
- u
а у электродвиrателеи, для которых предусмотрен самозапуск,
больше времени самозапуска. С друroй стороны, это время не должно
_ превышать допустимой для двиrателя длительности прохождения
сверхтока.
Обычно эти условия удовлетворяются, так как первая величина
значительно меньше второй.
Время пуска асинхронных электродвиrателей обычно составляет
lO 15 сек. Поэтому характеристика реле типа РТ.80 ДОЛ'жна иметь в
независимой части время не меньше 12 15 сек. На защите от пере
rрузки с незаВисимой характеристикой выдержка времени прини
мается 12 20 сек.
18 7. ЗАЩИТА ЭЛЕктродвиrДТЕЛЕЙ ОТ ПОНИЖЕНИЯ НДПРЯЖЕНИЯ
. 3 щита инимальноrо НЩ1РЯЖ НИЯ устанавливается на электро
двиrателях, которые необходимо отключать при понижении напря
жения для обеспечен!,!я самозапуска о т в е т с т в е н н ы х электро
двиrателс!I пли самозапуск которых при восстановлении наПРЯ}J{е
ния недопустим по условиям техники безопасности или особенностям
теХНОЛОI'ическоrо процесса.
На электростанциях к ответственным относятся такие электро
дви:rатели, отключение которых вызывает снижение наrрузки или
остановку станции. К ним относятся электродвиrатели питатель
ных, конденсатных и циркуляционных насосов, электродвиrатели
u
дымососов, дутьевых вентиляторов и питателеи пыли.
Неответственными считаются электродвиrатели, отключение'КОТО
рых Не отражается на наrрузке станции, например электродвиrа
тели мельниu на станциях с промежуточными бункерами, баrерных
насосов и т. п.
Если мощность всех ответственных электродвиrателей превы
шает допустимую мощность по условию самозапуска, то при пони
:жении напряжения необходимо отключать и некоторые OTBeтCTBeH
ные электродвиrателн.
По истечении времени, достаточноrо для развертывания HeOT
..
ключаеl\-IЫХ электродвиrателеи, отключенные ответственные электро-
двиrатели можно включать обратно при помощи АПВ.
Cxeltfbl защиты IrlиниltfаЛЬНО20 напряжения дОЛЭ/СНbl обеспечиват.Ь
отключение электродвИ2amелеu как при полно.А1, исчезновении напря
r
жения, так и при длительном короткоlt! замыкании в сети, вЫЗbl8аю
щеltf торможение двиzаmелеu.
Отключение элеI\тродвиrателей при исчезновении напряжения
обеспечивается установкой одноro реле минимальноro напряжения,
включенноrо на линейное напряжение (рис. 18 13),
3 а щ и т а с о Д н и м р е л е напряжения наде:жно реаrирует
на трехфазные К. з. Однако при двухфазных к. з. защита с одним
572
реле действует только при к. з. между фазами, на которые включено
реле. Так, если реле включено на напряжение и АВ (рис. 18 14), то
в случае замыкания между фазами В и С напряжение и АВ снижается
незначительно. Оно составляет 1,5 l.J ф, т. е. уменьшается Bcero на
15 o номинальноrо зна
чения.
Поскольку по усло
вию возвр ата реле ми
АШС
а
/J
С
...
+
+
.
9.)
...
c:::,
::::;:
"i
't4
uc ив
У С и в
а) о)
Рис. 18 14. Векторные
,nиаrраммы напряжениЙ.
Рис. 18 13. Зашита минимаЛЬНОf(J напря-
жения с одним реле.
а и ")рмальноrо режима;
6 при двухфазных К. з.
между фазами В не.
НJIмальноrо напряжения уставка на нем не может быть выше 70
80 6 нсминальноrс напряжения сети, то защита в рассматриваемом
случае действовать не будет. Такое же положение имеет место
в случае К. з. между фа- +.
зами А и С.
+ 'IJ
Для обеспечения рабо-
+ 1g
ты защиты при всех слу А
чаях двухфазЙоrо к. з.
иноrда применяется Tpex
фазная схема, показанная
на рис. 18 15. Эту схему
применяют в сетях, rде
возможно длительное от-
I<лючение К. з., сопровож
даемых снижением напря-
)кения ниже 70 %. В сетях,
OCHaи eHHЫX БЫСlпродейст
вуюu{ей защипlOй или ИJ"tеIО*
И{ИХ на линиях реакторы,
необходи.моспlЬ в защите, реozирующей на пониженuе напряжения
при К. з. omпaiJaem. Поэтому, как правило, применяется более
простая однофазная схема (рис. 18..13).
Существенным недостатком защиты минимальноrо наПРЯ..жения
является возможность ее неправильной работы в случае обрыва цe
пей напряжения, чаще Bcero возникающеrо при переrорании предо-
хранителей в этих цепях. Поэтому защита по схеме рис. 18-13 и
18 15 применима лишь для неответственныХ элеI{тродвиrателей.
о
ь
С
Рис. 18 15_ Трехфазная защита минималь-
Horo напряжения.
573
Во J1збежание ложноrо отключения электродвиrателей при обрыве
цепи напряжения в ответственных установках применяются схемы
с двумя комплектами реле напряжения, включенными на разные
трансформаторы напряжения (рис. 18 16) или разные линейные Ha
пряжения одноrо и Toro
же трансформатора Ha
пряжения (рис. 18 17).
Контакты реле обоих
комплектов соединяются
последовательно. Поэто
му при нарушении цепи,
питающей один KOM
плект реле, защита не
может подать импульс
на отключение двиrате
лей.
В случае же исчезно
вения питающеrо напря
жения защита приходит
в действие. В схеме,
приведенной на рис. 18 17, действие защиты возможно только при
полном .исчезновении первичноrо напряжения или трехфазном KO
ротком замыкании в сети.
Схема с питанием реле от разных трансформаторов напряжения
(рис. 18 16) более надежна, поскольку одновременное повреждение
цепей двух разных TpaHC
форматоров напряжения
практически исключено.
При включении реле на
разные фазы одноrо TpaHC
форматора напряжения
имеется возможность OДHO
npeMeHHoro снижения Ha
пряжения на обоих реле
при обрыве средней фазы
цепей напряжения, к KO
торой присоединены оба
реле (рис. 18 17).
Для уменьшения Be
роятности TaKoro обрыва в
средней фазе ВТОРИЧНОЙ
цепи предохранитель не
устанавливается. Кроме тo
ro, опасность неправильноrо действия защиты по схеме на рис.
1 17 при обрыве одноrо провода с ВЫСОКОЙ или низкой cтo
роны трансформатора напряжения устраняется выбором напря
жения срабатывания реле защиты меньше 50 % номинальноrо на
пр яжения.
'-::::.-..
,Д Ш С А
8'
6,0:
С !
C z
Рис. 18 16. Защита минимальноrо напряжения
с двумя реле. питаемыми от разных трансфор
маТОРОБ напряжения.
574
'::::'
I:t>
t:j
-
R
+
+
+
(1
ь
С
Рис. 18 17. Защита минимальноrо напряже
ния- с ДВУМЯ реле, питаемыми от разных
междуфазных напряжениЙ одноrо :rрансфор
матора напряжения.
Для экономии аппаратуры защита минимаЛЬНО20 напряжения
часто выполняется в виде 2рупповой защиты, т. е. действующей
сразу на rруппы электродвиrателей.
При необходимости отключать от одной защиты 1\1инима.пьноrо
напряжения несколько электродвиrателей с разными выдержками
времени в схеме предусматривается соответствующее количество
реле времени.
Например, с первой выдержкой времени 0,5 0, 7 сек отключа
ется rруппа электродвиrателей для обеспечения самозапуска ceK
ции, со второй вьщержкой времени порядка 6 10 сек защита дей
ствует на выключатели электродвиrателей, отключение которых He
обходимо по условиям технолоrии производства, техники безопас
ности или для запуска АВР двиrателей.
Напряжение ср батывания защиты ми
н и М а л ь н о r о н а п р я ж е н и я выбирается таким, I
обеспечивался амозапуск ответственн ых электродвиrателей. Это
напряжение определяется путем расчетов или на ochobaHl-IИ спе
циальных испытаний.
Как указывалось, самозапуск электродвиrателей, как правило,
обеспечивается при напряжении на шина 5 ном.Ео
этому напряжение срабатывания защиты должно иметь веЛйчину
цорядка 60 709& UHO . . .
Выдержка времени защиты минималь
11 о r о н а п р я ж е н и я определяется ее назначением:
а) Выдержка времени защиты, предназначенной для облеrчения
самозапуска Ответственных электродвиrателей, в целях убыстрения
и повышения эффективности самоэапуска принимается МИНII!\'fаль
ной и отстраивается только от времени действия MrHoBeHHbIx защит
электродвиrателей:
== 0,5 сек.
б) Выдержка времени защиты, предназначенной для ОТКЛl0чения
двиrателей по условиям технолоrии производства и техники без
опасности, принимается достаточно большой, с тем чтобы отключе
ние двиrателей происходило только при длительной посадке напря
жения или ero исчезновении:
t == 6 + 1 О сек.
18 8. ЗАЩИТА ЭЛЕктРодвиrАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ НИЖЕ 1000 8
Защита электродвиrателей напряжением 500, 380 и 220 в ocy
ществляется, исходя из тех же требований, что и электродвиrателей
более высоких напр яжений.
Для этих электродвиrателей применяются: а) мrновенная за
щита от междуфазных к. з.; б) защита от переrрузки; в) защита ми
нимальноrо напряжения.
Защита от междуфазных к. з. и переrрузки, как и аналоrичные
защиты электродвиrателей BblcoKoro напряжения, должна Ha
дежно отстраиваться от пусковых токов и токов самозапуска.
575
Однако часто при небольшой мощности электродвиrате.'1ей ни}ке
1 000 в и ВО l\::ноrих случаях малоответственных двиrателей защиты
имеют свои особенности, а именно: а) для них в значительно большей
мере применяется защита предохранителями; в ряде друrих слу..
чаев допускаются схемы соединения, при которых отключение к. з.
в одном э.rтектродвиrателе осуществляется выключателем, установлен..-
ным на ответвлении, питающем несколько электродвиrате.rтей; для
защиты минимальноrо напряжения широкое распостранение имеют
маrнитные пускатели.
Л1аrнитными пускателями называются обычно трехфаЗfIые авто..
матические выключатели низкоrо напряжения (контакторы), pac
считанные на разрыв нормальноrо рабочеrо тока ДВi1rателя и тока
ero переrрузки. Отключение токов к. з. при применении маrнит"
Horo пускате.I1Я обычно возла
rается на последовательно с ним
ВК.l1ючаемые предохранители.
Маrнитные пуска..
т е л и (рис. 18 18) в 6ольшин"
стве случаев не имеют защелки
и во ВК.l1юченном положении
удерживаются действием элек
тромаrнита K обмотка кото..
/ poro ПОДК.l1ючена на напря}ке
ние питания.
Включение маrнитноrо пускз
е
Рис- 18 18. Принцип Действия MarHHT. теля осуществляется нажатием
Horo пусн:ателя. кнопки В (вк.l1ючение). При этом
замыкается цепь обмотки удер..
живающеrо электромаrнита, якорь KOToporo притяrивается и за
мыкает механически связанные с ним СfIЛОЕые контакты. Кнопка В
имеет самовозврат, поэтому после ее размыкания цепь обмотки элек..
ТРОl\'lаrнита остается замкнутой через вспомоrате.I1ЬНЫЙ контакт Б,
шунтир) ющий кнопку В. ДЛЯ отк.rтючения пускателя вручную
служит и:нопка О (отк.l1ючение), при нажатии которой разрывается
цепь удер}кивания электромаrнита и якорь ero, отпадая, раЗ1\'Iыкает
СН.110вые контакты. При понижении напряжения питаlощей сети
электромаrнит отпадает и двиrатель ОТК.l1ючается, чем осуществ.I1Я
ется защита минимальноrо напря}кения. После восстановления Ha
пря}кения маrнитный пускатель сам включиться не может и ВК.I1Ю--
чение <:'ro должно вновь ОСУIII€СТВЛЯТЬСЯ вручную. Д.I1Я ответственных
электродвиrателеЙ это является существеННЫI\-I недостаТI(ОМ. Д.I1Я
ero устранения кнопка В шунтируется КЛЮЧОМ И.I1И рубильником Р
(показан ПУНКТИрО!\I). При замкнутом рубильнике после восстанов"
ления напря}кения электромаI;НИТ пускате.I1Я вновь притяrивает
якорь и включает двиrате.rть, так как цепь ero обмотки остается зам
кнутой.
При необходимости осуществить на электродвиrателе,"ПОМИМО
предохранителей, защиту от переrрузки последовательно в цепь
р
rd"'o.,
I В. I О
I .... I
о
J
576
..
,
самоудерживания электромаrнита ВВОДИТС>1 выходной контакт за
1I1.ИТЫ З. ДЛЯ защиты от переrрузки электродвиrателей низкоrо Ha
пря}кения, управляемых контакторами, допускается применение
тепловых реле. Маrнитный пускатель, являющийся по принuипу
индивидуальной защитой электродвиrателя, весьма прост в эк
сплуатации.
18 9. РАСЧЕТ TOI(OB САМОЗАПУСI(А ЭЛЕl(тРодвиrАТЕЛЕЙ И ОСТАТОЧ-
HOrO НАПРЯЖЕНИЯ НА ИХ ЗАЖИМАХ
а) Общие положения
Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит источ
u
ников питания, а также для определения предельнои мощности
самозапускающихся электродвиrателей. Задача расчета сводится
к определению cYMMapHoro тока самозапуска электродвиrателей
J п и остаточноrо напряжения на их зажимах иост-
Расчет самозапуска выполняетс.g. для наиболее тяжелоrо режима
при остановленных электродвиrателях (s 1).
б) Расчет самозапуска электродвиrателей
Ниже рассмотрен расчет самозапуска остановленных электро-
двиrателей при питании ljX от шин источника «бесконечной МОЩ
ности» .через трансформа \
тор или реактор.
Расчет самозапуска от
reHepaтopa, мощность KOTO
poro соизмерима с мощно
стью самозапускающихся
электродвиrателей, более
сложен.
Целью расчета является
определение cYMMapHoro
тока двиrателей и остаточ",
Horo напряжения на их
зажимах при самозапуске.
ирас'l = 105006
,
и рас"
,
ирос"
2 '
О)
о}
Рис. 18 19. Расчетиые схемы для определе
ния токов и напряжения при самозапуске
двиrателей.
Как было указаио выше,
"
ток в момеНТ пуска или caMO
запуска отдельноrо электродви
rателя равен току трех полюс-
Horo К. з. за сопротивлением
остановлениоrо двиrателя.
При самозапуске rруппы электродвиrателей (рис. 18 19) их результирующее
сопротивление Zр.д находится путем параллельиоrо сложеиия сопротивлений
электродвиrателей, участвующих в самозапуске:
а схема питания 9лектродвиrателей; б' pac
четиая схема замеще IИЯ; в расчетная схема
замещения после преобразования.
== + +...+ .
Zp. Jl ZДl ZД2 Zдп
19 Н. в. ЧерlюбрО80В
577
Величины сопротивленнй отдельных заторможенных электродвиrателей оп ре..
- деляются по выражению
z U 1lOM
Д уз [п.пуск '
rде ИНОМ номинаЛЬН6е напряжение двиrателя; [п.ПУСК начальное значение
периодической составляющей nycKoBoro тока двиrателя при ИНОМ'
Значение периодической составляющей nycKoBoro тока [п.ПУСК определяется
или по паспортным данным, или практически путем осцнллоrрафирования тока
при пуске двиrателя.
При питании шин двиrателя ОТ трансформатора все сопротивления и расчет-
ное напряжение приводятся к одной ступени напряжения по формулам:
И "
,
z == zn l' === z и2 ;
t
U расч == U расtРп
rде z действительное значение сопротивления; z' приведенное значение со-
противления; n т коэффициент трансформации трансформатора; И 2 номи-
нальное напряжение с учетом действительной отпайки трансформатора со cтo
роны, К которой осуществляется приведение; И 1 то же на стороне, с которой
осуществл яется приведение; U расч расчетное напряжение (линейное); И' расч
приведенное значение расчетноro напряжения.
т о к с а м о з а п у с к а электродвиrателей, питающихся через трансфор-
матор или реактор, равен: -
1 И асч
п == уз (х + ' .д) ,
rде / п ток самозапуска rpYnnbl двиrателей; х..... сопротивление трансформа-
тора или реактора; Z .Д результирующее пусковое сопротивление rруппы
эле ктродвиrателей, приведенное к расчетной ступени напряжения.
Для упрощения расчета полное сопротивление заторможенных электродвиrа-
телей и реактивное сопротивление трансформатора или реактора складываются
арифметически.
Падение напряжения на сопротивлениях схемы замещеиия пропорционалыю
величинам соответствующих сопротивлений.
Отсюда может быть определено о с т а т о ч н о е н а n р я ж е н и е в а
3 а ж и м а х Д в и r а т е л е й при с а м о з а п у с к е:
z'
и' и . Р,Д
ОСТ расч + . ,
х Zp. Д
rде и CT ..... остаточное напряжение на зажимах двиrателя, приведенное к расчет-
ной ступени напряжения.
в) Пример расчета самозапуска электродвиrателей.
1. Р а с ч е т н ы е у с л о в и я. Рассчитать начальные условия самозапу"
ска rруппы электродвиrателей от шин бесконечной мощности 10 500 в через транс-
форматор (рис. 18 19).
Параметры электродвиrателей Дl: Р HOMl == 2 000 квт, сos Q'HOM == 0,85;
U НОМ === 3 000 в; k п . П1 == 5,5.
Параметры электродвиrателей Д2: Р НОМ2 == 875 квт, cos (f-'ИОМ2 == 0,85;
И НОМ2 ::::: 3 000 в; k п . П2 == 5 (k п . П1 И k п . П2 ..... кратности пусковых токов электро-
двиrателей Дl и JZ 2 соответственно). -
о 1 О 500
Параметры трансформатора: STP == 7 500 ква; e l { == 8% ;n тр == 3300 .
2. О п Р е Д е л я ю т с я р а с ч е т н ы е с о про т и в л е н и я, при-
веденные к напряжению 3300 в.
578
.
Сопротивление трансформатора
е к и OM(KB) 8.3,32
Х тр == 100 Sтр(lИва} == 100 7.5 ==: 0,116 ОМ.
Номинальный ток электродвиrателя Д1
1 НОМ1 . s ном1 3 000 000 :::= 454 а.
уз и НОМ1 cos СРНОМ1 у3 .3000.0,85
IlycKoBoe сопротивление электродвиrателя Дl
. ноМl и НОм1 3 000 :::= 0 , 69 оя.
ZДl === Jf ..r ..r
3 1 пуСК1 J' 3 k п . "11 НОМ1 J' 3 . 5,5 . 454
Суммарное сопротивление двух электродвиrателей Дl
. ZД1 0,69 О 345
z Дl == 2 :::= ===, 0)\.1..
Номинальный ток электродвиrателя Д2
1 SHOM2 875 000 198
ном2 уз и НОМ2 cos СРНОМ2 уз .3000. 0,85 а.
Пусковое сопротивление электродвиrателя Д2
, и ном2 U НОМ2 3 000 == 175 о.лt.
д2 уз 1 "УСК2 уз k". "21 ном2 J' r 3. 5. 198
Суммарное сопроtивление трех электродвиrателей Д2
. ZД2 1,75 О 583
ZД2 == 3 == 3:::=, ОМ.
РеЗУЛЬТИРУЮlЦее пусковое сопротивление всех электродвиrателей
. Z IZ;2 0,345 . 0,583
zp. д == ';1 + Z 2 ::::: 0.345 + 0,583 ==0,217 ОМ.
3. Р а с ч е т н о е н а п р я ж е н и е, приведенное к стороне низшеrо
напряжения трансформатора,
. 3300.. 3300
U р8сч ::::: и расч 10500 == 10500 10500 == 33008.
4. Ток самозапуска электродвиrателе й
и 3300
1 8СЧ == 5 730 а.
"1: уз (Х ТР + zp. д) У 3 (0,116 + 0,217)
Ток самозапуска электродвиrателей, приведенный к стороне высшеrо напря-
жеНИя трансформатора,
1 "1: 3300
1 " 10.[) == n ТР == 5 730 10500 == 1 800 а.
5. Остаточное напряжение на зажимах электродвиrателей
. 'р.д 0,217
и ОСТ === и расч Х тр + Zр.д == 3300 0,116 + 0,217 == 2 150 8,
что составляет:.
2150
3000 100 , 72% номинаЛЬНОrО напряжения.
В ы в о д. Самозапуск электро.u.виrателей обеспечивается.
19*
579
18-10. ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ЭЛЕктРодвиrАТЕЛЕЙ
а) Некоторые особенности синхронных электродвиrателей
При рассмотрении защиты синхронных электродвиrателей He
обходимо учитывать их особенности.
Отметим наиболее важные из них:
1. Пуск большинства синхронных эл-ектродвиrателей произво-
дится при отсутствии возбуждения прямым включением в сеть.
Для этой цели на роторе синхронноrо электродвиrателя предусмат
ривается дополнительная короткозамкнутая обмотка, выполняю-
щая во время пуска ту же роль, что и в короткозамкнуТ9М асин
хронном электродвиrателе. Коrда скольжение двиrателя прибли
жается к нулю, включается возбуждение и электродвиrатель втя
rивается в синхронизм под влиянием появляющеrося при этом син
xpoHHoro момента.
Во время пуска синхронный элеI{тродвиrатель потребляет из
сети повышенный ток, который по мере уменьшения скольжения
затухает, так, же как и у асинхронноrо электродвиrателя.
Для уменьшения понижения напряжения и величины пусковых
токов мощные синхронные электродвиrатели пускаются через peaK
тор, который затем шунтируется. Защиты синхронных электродви...
u U
rателеи, как и защиты асинхронных электродвиrателеи, должны
быть отстроены от токов, возникающих при их пуске или самоза
пуске, имеющих место при восстановлении напряжения в сети.
2. Момент синхронноrо электродвиrателя зависит от напряжения
сети Ид, э. д. с. эле'ктродвиrателя Ed и уrла сдвиrа б между Ид и
. Е d' Без учета потерь в статоре и роторе
М д == k ( Ed U 'i1 + Иi Х x q sin 2 б ) , (l8 14)
Xd XdXq
rде Xd и x q продольное и поперечное реактивные сопротивления
двиrателя.
При постоянных значениях И д и Е d каждой наrрузке электро
двиrателя соответствует определенное значение уrла б.
В случае понижения напряжения в сети, как следует из выражения
(18 14), .момент М д у.меньшается. Если при этом он окажется MeHЬ
ше момента сопротивления Мс механизма, то устойчивая работа
синхронноrо электродвиrателя нарушается, возникают качания и
электродвиrатель выходит из синхронизма. Нарушение устойчи
вости возможно также при переrрузке электродвиrателя или сниж
нии возбуждения. .
Эффективным средством повышения устойчивости электродви
rателя является форсировка возбуждения, увеличивающая Ed. Опыт
показывает, что при r лубоких понижениях напряжения (до нуля)
синхронные электродвиrатели, работающие с номинальной наrруз
..
кои, выходят из синхронизма, если перерыв питаниЯ' превосходит
0.5 сек.
580
.
При нарушении синхронизма скорость вращения э-пектродвиrа
те.пя уменьшается и он переходит в асинхронный режим. При этом
в пусковой обмотке и цепи ротора появ-пяются токи, создающие дo
по-пните-пьный асинхронный момент, под в-пиянием KOToporo син
хронный Э.JIектродвиrате,,'1Ь может остаться в работе- с HeKOТO
рым СКО,,'1ьжением. На асинхронный момент Э.JIектродвиrате.JIЯ на..
к-падывается момент, обус-пов-пенный током возбуждения в роторе,
имеющий переменный знак. Поэтому реЗУ.JIЬТИРУЮIЦИЙ момент э-пект
родвиrаrе.JIЯ имеет переменную Ве-ПИЧИНУ, что вызывает ко-пебания
скорости вращения ротора и тока статора двиrате.JIЯ.
Токи, пОЯВ.JIяющиеся в статоре, роторе и пусковой обмотке
э-пектродвиrате-пя при асинхронном режиме, вызывают повышенный
HarpeB их, поэтому Д.JIитедьная работа синхронных Э.JIектродвиrа..
те.JIей в асинхронном режиме с наrрузкой бо-пьше O,4 O,5 номина-пь
нои недопустима.
В связи с ЭПlИ.м появляется необходu.мость в специальной заtl{ите
ОТ а с и н х р о н н о r о режима. Защита от аСИНХРОННОI о режима
ДО,,'1жна И.JIИ осуществt1Ть ресинхронизацию Э.JIектродвиrате.JIЯ, .и.JIИ OT
ключить ero. Ресинхронизаuия состоит в том, что с Э.JIектродвиrате.JIЯ
снимается возбуждение (при этом ero асинхронный момент повыша
ется и СКО.JIьжение уменьшается), через некоторое время ВК.JIючается
возбуждение и двиrате.JIЬ вновь втяrиваетсst в синхронизм. При
знаком нарушения синхронизма Э.JIектродвиrате.JIЯ ЯВ.JIяется ПОЯВ.JI
ние КО.JIебаний тока в статоре и переменноrо тока в роторе.
3. ИСС.JIедования и опыт ЭКСП.JIуатации показывают, что после
отключения к. з. или ВК.JIючения резервноrо источника питания MHO
rие синхронные Э.JIектродвиrате.JIИ MorYT самозапускаться, т. е.
вновь (сами) втяrиваться в синхронизм.
Самозапуск синхронных Э.JIектродвиrате.JIей возможен, ес-пи ПОС,,'1е
восстаНОВ.JIения напряжения под В,,'1иянием возросшеrо асинхрон
Horo момента (пропорuиона,,'1ЬНО U ) СКО.JIьжение э-пектродвиrате,,'1Я
настодько уменьшится, что он сможет снова втянуться в си нх po
низм.
Возможность самозапуска зависит от параметров Э.JIектродвиrа
те.пя, ero наrрузки и уровня напряжения.
Ввиду БО.JIьшоrо значения самозапуска синхронных Э.JIеКТРОДВII-
rате,,'1ей их защиты до-пжны надежно отстраиваться от токов, воз
никающих в ре.lкиме.
б) Защиты, применяемые на синхронных 9лектродвиrателях
На синхронных э.пектродвиrате.JIЯХ устанав-пиваются следую..
щие защиты:
а) от междуфазных повреждений в статоре; V
б) от замыканий обмотки статора на зем.JIЮ;
в) от переrрузки)/
r) от асинхронноrо режима;
д) от понижения наПРЯ.lкения. V
581
З а щ и т а о т м е ж Д у фаз н ы х п о в р е Я{ Д е н и й яв
ляется основной и обязательной защитой любоrо синхронноrо дпи
rателя. Она выполняется мrновенной в виде токовой отсечки или
продольной дифференциальной защиты по такой же схеме, как и у
асинхронных электродвиrателей. Отличие заключается только в
том, что защита синхронноrо электродвиrателя одновременно с вы.
ключателем отключает Аrп. Ток срабатывания отсечки отстраи.
вается OT n OKO . KO B самозапуска электродвиr ателя .
Ilри ЭТО1\'] в случае прямоrо пуска СИНхрБНnOТ(JЭJfеКl р оJi виrаl'еля от
сети пусковые токи ero за счет меньшеrо реактивноrо сопротивле.
ния часто получаются большими, чем у равновеликих по мощности
асинхронных двиrателеи.
Кр'упные синхронные электродвиrатели оборудуются обычно
продольной дифференциальной защитой. В целях упрощения на
электродвиrателях до 5 000 ква дифференциальную защиту выпол"
няют двухфазной. На более мощных электродвиrателях защиту
устанавливают на трех фазах, что позволяет обеспечить быстрое
отключение элеКТРОJ;виrателя при двойном замыкании на зеl'ЛЛЮ
(одно в электродвиrателе и второе в сети).
Защита от замыканий обмотки статора
э л е к т р о Д в и r а т е л я н а з е м л ю применяется при токах
замыкания на землю больше 1 О а. Защита выполняется с действием
на отключение такиr\.1 же образом, как у асинхронных электродвиrа
телей, и поэтому в данном разделе подробнее не рассматривается.
Защита электродвиrателя от переrРУЗI<И
осуществляется при помощи TOKoBoro реле, включенноrо в одну
фазу. При наличии постоянноrо дежурноrо персонала защита может
выполняться с действием на сиrн с 1 С.В == 1,25 1 БОМ И выдержкой
времени, превышающей по возможности время затухания пусковых
токов. При отсутствии дежурноrо персонала защиту от переrрузки
реКОIvIeндуется выполнять двумя комплектами, один из которых дей..
. ствует на сиrнал, а второй, более rрубый на отключение. Сиrнал
о переrрузке подается для вызова персонала, который должен прий
ти в помещение, rде находится электродвиrатель, и Прl:lНЯ1Ъ меры
по ero разrрузке. Отключающий комплект выполняется с 1 С.3 ==
;::=(1,5 -+ 1,75) J HOM и выдержкой времени, отстроенной от пусковых
токов. На электродвиrателях с частыми переrрузками может при..
меняться защита с тепловыми реле, действующими на отключение.
Однако тепловые реле следует использовать только в крайних
случаях ввиду их относительной сложности и только при условии
надежности конструкции и достаточной стабильности характери..
стики.
Защита от асинхронноrо режима выполняется реаrирующей
н? колебания тока в статоре или роторе двиrателя , возникаlощие в
этом режиме (рис. 18 20).
Самой простой защитой является ТОI{овая (рис. 18.21). Она BЫ
полняется при помощи зависимоrо TOKoBoro реле (рис. 18 21, а)
/
или посредством MrHoBeHHoro TOKoBoro реле, деиствующеrо на вспо
582
моrательное промежуточное реле с замедленным размыканием
контактов (рис. 18 21, 6). Действие этой защиты основано на том,
что она не успевает возвратиться за время ' спада тока между цик
лами качаний (рис. 18 20) и постепенно, за несколько периодов Ka
чаний набирает время и срабатывает на отключение. Ток срабаты
вания такой защиты (имеется в виду наименьший ток качаний, при
котором защита замыкает цепь отключе
ния) определяется не только уставкой на
реле, но и зав исит от продолжительноrо
периода качаний. Для надежной работы
защиты время возврата. t воз (подвижной
системы TOKOBoro реле в схеме на рис.
18 21, а или якоря промежуточноrо реле
в схеме на рис. 18 21, 6) должно быть
больше времени дt (рис. 18 20), в тече
ние KOToporo ТОК качаний недостаточен
для действия реле, т. е. t воз > дt. Бы
держка времени защиты выбирается
больше времени затухания ПУСКОВЫХ
токов двиrателя.
Для выполнения рассматриваемой защиты применяется реле
РТ 80.
Более совершенной по своему принципу является защита, pea
rирующая на появление nepeMeHHoro тока в цепи ротора, выполняе
мая по схеме на рис. 18-22. Нормально в цепи ротЬра проходит по...
а) 6)
Рис. 18 21. Защита синхронноrо дви
rателя от асинхронноrо режима.
/ffO'l
t
Рис. 18 20. Изменение тока
статора синхронноrо двиrа
теля при асинхронном pe
жиме.
Рис. 18-22. Защита синхрон-
Horo электродвиrателя от асин
xpoHHoro режима, реаrирующая
на появление переменноrо тока
в цепи ротора.
стоянный ТОК, И защита не действует, так как ток во вторичной o
мотке траНСфQрматора тока отсутствует. При I{ачаниях в роторе
индуктируется переменный ток, под влиянием KOToporo защита при..
ходит в действие. Чтобы исключить возврат реле времени В в мо...
мент спада тока при большом периоде качаний, в схеме предусмот...
рено промежуточное реле П с замедленным возвратом, которое под-
держивает ток в реле времени, если провалы тока не превышают Bpe
мени отхода якоря. ВыдеРЖI<а времени на защите устанавливается
больше продолжительности несимметричных К. з. в сети, во время
583
J<:OTOPbI.X токи обратной последовательности, ВОЗНИКaIOJдие в статоре,
u u
индуктируют переменныи ток в роторе, моrущии вызвать ложное
деЙствие защиты.
Вместо трансформатора тока в схеме на рис. 18 22 можно вклю.
чить дроссель, к зажимам I{OTOpOro подключается токовое реле Т.
Сопротивление дросселя при постоянном токе ничтожно, и поэтому
напряжение на ero зажимах близко к нулю и ток в реле Т OТCYTCTBY
ет. При переменном TOI{e на зажимах дросселя появляется напряже..
ние, достаточное для действия реле Т.
3 а щ и т а о т п о н и ж е н и я н а п р я ж е н и я является
вспомоrателы;lйй и устанавливается только в следующих случаях:
1) на электродвиrателях неответственных механизмов для об..
леrчения самозапуска OТBeTCTBeHHЫX электродвиrателей;
2) на электродвиrателях, самозапуск которых оказывается не..
возможным;
3) на электродвиrателях ответственных механизмов, произволь
вый самозапуск которых недопустим по условям технолоrии произ..
водства или техники безопасности.
СхеА'1а защиты выполняется так же, как и асинхронных электро..
двиrателей и синхронных компенсаторов. У ставки аащиты зависят
от ее назначения. На защитах, установленных для обеспечения са..
мозапуска ответственных электродв, иrателей напряжение срабаты-
вания берется равным уровню напряжения, при котором обеспечи..
вается надежный самозапуск, т. е.
V С. 3== (0,5 + 0,7) V НОМ.
Выдержка времени в этом случае отстраивается от MrHoBeHHo дей..
ствующих защит в сети и принимается равной 0,5 сек.
На электродвиrателях, самозапуск которых невозможен, напря
:жение срабатывания берется равным О,5и ною исходя из Toro, что
двиrатели, работающие с полной наrрузкой, MorYT выйти иа синхро-
низма при пони:жении напряжения в сети на 50 o или ниже. Вы..
дер)кка времени, как и в предыдущем случае, принимается равной
0.5 сек. На защитах, ОТКЛЮЧaIОЩИХ электродвиrатели по условиям
технолоrии или техники безопасности напряжение срабатывания
выбирается также по уровню, опасному по условиям устойчивости,
т. е. V с . з == О,5и ном , а вреl\IЯ максимальным по условию вы-
беrа (остановки) электродвиrателя (больше времени остановки).
r лава девяmнадцаmая
ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
19..1. ВИДЫ ЗАЩИТ ШИН И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
\
Опыт эксплуатации показывает, что, несмотря на блаrоприятные
условия для надзора и ухода за элементами распределительных yc
тройств электростанций и подстанций, повреждения на их шинах
все же имеют место. К ЧИСЛУ наиболее характерных причин, вызы"
584
вающих к. з. на шинах, следует отнести: перекрытие шинных Изо
ляторов И вводов выключателей; повреждение трансформаторов Ha
пряжения и установленных между шинами и выключателями TpaHC
форматоров тока; поломка изоляторов разъединителей и воздушных
ВЫКЛlочателей во время операций с ними; ошибка обслуживающеrо
персонала при переКJIючениях в распределительных устройствах.
Для отключения к. з., возникаюu{их на шинах электростанций
u подстанций, на питающих шины zeHepamopax, траНСфОРJ.fаторах
u линиях, обычно предУС.l11,атриваются соответствующие защиты.
В качестве таких защит на reHepaтopax и трансформаторах служат
защиты от вн шних к. З., а на ли
ниях максимальные или дистан
ционные защиты, однако эти за
щиты работают при к. з. на шинах
с выдержкой времени, имеющей
иноrда значительную величину.
В то же время по условиям
устойчивости, особенно в сетях
11 O 500 кв, обычно требуется MZHO
венное Оnlключение междуфазных
к. з. на шинах. В таких случаях
появляеrnся необходимость в пpи
менении специальных защит шин,
способных отключать повреждения
на них без выдержки времени.
Кроме недостаточной быстроты
действия, защиты линий, трансфор-
маторов и reHepaTopoB в eKOTO
рых случаях не MorYT обеспечить
селективноrо отключения повреж
денной системы шин.
Характерным примером этоrо может служить подстанция с двумя
выключателями на каждом присоедикении (рис. 19 1). При к. З.,
например, на первой системе шин защиты 1 и 2 отключают COOTBeт
ственно ВЫК.шочатели B l и B-2 лишив питания обе системы шин,
хотя при данной схеме соединений имеется возможность сохранить
в работе всю подстанцию, отключив выключатели В-3 и B 4. Такая
ликвидация повреждения может быть обеспечена с помощью специ
альной защиты шин.
Таким образом, специальные защиnlЫ шин применяются в тех
случаях, Kozaa защита присоединений не в состоянии обеспечиnlЬ
необходиМО20 быстродействия или селективности.
Для прекращения к. з. на шинах их защита должна действовать
на отключение всех присоединений, питающих шины. В связи. с
этим специальные защиты шин приобретают особую ответственность,
так как их неправильное действие приводит к отключению целой
электростанции или подстанции либо их секцци. Поэтому принцип
действия защит шин и их практическое выполнение (монтаж) долж
п
J
B '
B 2
Рис. 19-1. Схема подстанции с ДBY
мя выключателями на каждом при'J
соединении. Выключатели, отклю
чаемые защитой ПРИ к. з. на пер
вои (/) системе шин, заштрихованы.
585
нь! отличаться повышенной надежностью, исключающей какую-
либо возможность их ложноrо действия.
В настоящее время в качестве быстродействующей и селектив-
ной защиты llIИН получила повсеместное распрострзнение защита, ос-
нованная на дифференциальном принципе. На трансформаторах и
секционных выключателях, питающИх шины, у которых отходя-
щие линии имеют реакторы, в качестве специальной защиты шин
применяются токовые отсечки и дистаlЩионные защиты.
Б последнее время быстрое отключение к. з. на шина х сочетается
с автоматическим повторным включением шин (АПБ). Опыт экс-
плуатации показывает, что некоторая часть к. з. на шинах имеет
переходящий характер и при быстром отключении не восстанавли-
вается после повторноrо включения.
19 2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН
Д и Ф Ф е р е н ц и а л ь н а я з а Щ и т а ш и н (рис. 19 2) ос-
новывается на том же принципе, что и рассмотренные ранее диф-
ференциальные защиты reHepaTopoB, трансформаторов и линий, т. е.
. на сравнении величины и фазы
токов, приходящих к защищае-
мому элементу и уходящих от
Hero.
.......... Для питания защиты на всех
.........
1:;::::: присоединениях устанавливают-
ся трансформаторы тока с оди-
наковым коэффициентом транс-
формации п т (независимо от мощ-
ности присоединения).
Дифференциальное реле J
подключается к трансформато-
рам тока всех присоединений,
так чтобы при первичных токах,
направленных к шинам, в нем
проходил ток, равныIй сумме то-
ков всех присоединений, т. е.
/ р === 1:/ прис. Тоrда при внеш-
них К. з. У} прис === О И реле не
действует, а при К. з. В зоне (на шинах) / прис равна сумме
токов, притекающих к месту повреждения, и защита работает.
Обычно первичные обмотки всех трансформаторов ТОI\,Э подклю-
чаются к шинам одноименными зажимами (рис. 19 2); при этом для
выполнения указанноrо включения реле J все вторичные обмотки
трансформаторов тока соединяются параллельно одноименной п
лярностью (начало с н.ачалом, конец с концом) и параллельно
к ним подключается обмотка реле J.
При в н е ш н е м к. з. (точка К на рис. 19 2) ток к. з. /4' иду..
щиЙ от шин к месту повреждения, равен сумме токов, притекаю-
11
! 1,
!z
! Тз
t J
п
t l lj
.
Рис. 19 2. Токораспределение во BTO
ричных цепях дифференциальной за
щиты шин при внешних К. 3.
586
щих к шинам от источников питания:
/4 == /1 + /2 + '38
( 19 1 )
Из токораспределения, показанноrо на рис. 19 2, видно, что
вторичные токи /IJh /2В И /3В' соответствующие первичным токам,
притекаlОЩИМ к шинам, направлены в обмотке реле противополож
но току /4В (первичныЙ ток KOToporo утекает от шин). Ток в реле
/ р == (/lВ + / 2В + /3В) /4В' (19 2)
"-
Выражая вторичные токи через первичные и учитывая равенство
(19 1), получаем, что. ток .
/ == [1 +!.! + [з [4 == О.
р n т n т n т n т
Следовательно, при внешних к. з. ток В реле отсутствует.
е учетом токов намаrничивания вторичные токи трансформато
ров тока равны:
. i 1 . .
/lB== I HaM1 ,
n т I I
. i 2 . /l ',. t 1
1 2B === /наМ2 И т. Д. 2 J
n т
Подставив эти значения BTO
ричных токов В выражение
(19 2), найдем:
/ р == i И8м4 (i нам} + j наМ2 +
+ i иамз ) == i иб. (19 З)
Полученное выражение no
звол яет сделать вывод, что вслед
ствие поrрешности трансформа
торов тока в реле появляется
ток небаланса / иб, равный reo
метрической разности токов Ha
маrничивания трансформаторов тока. Защита не будет действовать
при условии, что ток срабатывания реле будет больше максималь
Horo тока небаланса:
Рис. 19 3. Токораспределение во BTO
ричных цеп.ях дифференциальной за
щиты шин при К. 3. на шинах.
/ с.р > 1 иб. макс'
При к. з. Н а ш и н а х (рис. 19 3) по всем присоединениям,
имеющим источники питания (reHepaTopbI), ток к. з. направляется
к месту повреждения, т. е. к шинам подстанции. Вторичные токи
направлены в обмотке реле одинаково, поэтому ток в реле равен
их сумме: /р ==.IIB + /2В + /эв + /4В'
Выражая вторичные токи через первичные, получаем:
[ . i 1 + j2 + js + i4
p .
n т
587
Так как
/
/1 +/2+ i з+ 1 4 ==i K ,
(1 9 4)
то
/ /к ( 19 5)
p n .
т
Выражение (l9 5) показывает, что при к. з. на шинах дифферен
циальная защита шин реаrирует на полный ток / к в месте к. з. И
блаrодаря этому имеет наивыrоднеЙПIие УСЛОВИЯ в отношении чув
ствительности. Защита будет действовать, если
IK> /е.р'
В н о р 1\1 а л ь н о м р е ж и м е в реле проходит разность
токов, притекающих. к шинам и утекающих от них. Эти токи ypaB
новешиваются, и защита не действует. Но из за поrрешности транс-
форматоров тока в реле доявляется ток небаланса. Поскольку токи
наrрузки меньше токов К. З., величина тока небаланса в нормальном
режиме значительно меньше, чем при внешнем к. з.
J9 3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ДИФФЕРЕНЦИАЛь.-
НОЙ ЗАЩИТbI ШИН
а) Снижение тока небаланса
Ток небала нса может !3ызвать неправильную р боту защиты,
поэтому принимаются меры к оrраничению ero величины.
Выражение (19 3) показывает, что, как и в друrих дифференци"
альных защитах, уменьшение тока небаланса в защите шин дости
rается уменьшением разности между
намаrничивающим током /4П3М тра нс"
форматоров тока на присоединении
с наиБОЛЫllИМ током к. з. И суммой
намаrничивающих токов /lН3М +
+ [2нам + /знам остальных присоеди..
нений. При равенстве обеих COCTaB
ляющих ток небаланса отсутствует.
Как известно, ток намаrничива
ния трансформаторов тока зависит
/нан от величины ero вторичной э. д. С. Е 2 .
'4нан ИХ взаимная связь Е...2 === f (/ Har) ха..
рактеризуется кривои намаrничива.
ния (рис. 19 4).
Чем больше ток к. З., про ходящий
через трансформаторы тока, тем боль
ше будет Е 2 , а следовательно, и ток [нам. I:pl1 внешнем к. з. наи
больший ток проходит через трансформатор тока поврежденноrо
присоединения, поэтому ero ток намаrничивания будет максималь
ным. По трансформаторам тока остальных присоединений проходит
лишь часть этоrо тока, блаrодаря чему их токи намаrничивания зна..
12
14)
Рис. 19 4. Характеристика Ha
маrничивания трансформаторов
тока дифференциальной защиты.
588
4
чительно меньше. Особенно неблаrоприятным является такое COOT
ношение вторичных э. д. с., при котором трансформаторы тока по
врежденноrо присоединения работают в насьпденной части (точка 4
на рис. 19 4), а все остальные Б прямолинейной части характери
стики намаrничивания (точки 11 2 И 3). При этих условиях разница
токов намаrничивания в выра)кении (19 З) имеет наибольшую вели
чину. Поэтому для УА1,еньшения небаАанса нужно обеспечить условия,
при которых все траНСфОРА'lатОРbllnока рабопlаЮfll при внаиних К. з.
в ненаСblщенной части характеристики. С этоЙ целью необходимо:
а) при енять однотипные трансфор атОРbl тока, у которых
насыщение происходит при возмо)кно Болыlихx токах [к; наилучши
ми с этоЙ точки зрения являются трансформаторы тока' класса Д,
которые и рекомендуется применять для заIДИТbl шин;
б) уменьшать кратностпь moка [к К номинаЛЬНОI\'[У току TpaHC
форrvIaТОрОВ тока, увеличивая их коэффициент трансформации n т ;
в) уменьшать нmрузку на трансфор атОРbl тока, уменыпая
Zи и вторичный ток [в; первое достиrается за счет увеличения сечения
и сокраll ения длины соединительных проводов, а второе примене
нием одноамперных трансформаторов тока или вспомоrательных
трансформаторов, пони)кающих ток в соединительных проводах.
Выбор трансфор аторов тока и определение их З02рузки произ
водится по кривым 10% ной по решности.
б) Отстройка дифференциальных реле от тока небаланса
с
,
Хотя перечисленные ВЫlпе мероприятия по снижению небаланса
имеют существенное значение, в неустановившемся режиме ТОI(И
небаланса все )ке мотут достиrать
больших значений за счет влияния ОтffЛ/(lI{f/ll!l' ,
апериодической состаВЛЯlощей тока ..
к. з., сильно намаrничивающей cep СUZ!fОЛ
дечник трансформаторов тока. f
I
5
-:--
Рис. 19 5. Дифференциальная защита с реле 1, включеННЫ\i
'через быстронасыщающийся траисформатор 5 и с RОllТролем
исправности ТОКОВЫХ цепей, при помощи сиrнзлыюrо рслс 2
и миллиамперметра 3.
Для УЛУЧlпения отстройки от повышенных токов небаланса в
неустаНОВИВlпемся режиме в дифференциальной заll ите lПИН, так )ке
как и в друrих дифференциальных защитах, применяются рел е
589
с быстронасыщающимися трансформаторами тока 5 (рис. 19 5). Пcr
следние не пропускают в реле апериодическую составляющую тока
небаланса, вследствие чеrо дифференциальная защита отстраива
ется не от полноrо тока небаланса, а только от ero периодической
составляющей. Защита выполняется с помощью реле PHT 567 со
встроенным БНТ. Реле имеет две независимые рабочие обмотки
Wl и W2' выполняется в двух модификациях на 5 а и lа вторичноrо
номинальноrо 'Тока.
в) Контроль за исправностью токовых цепей
В случае обрыва или шунтирования фазы вторичной цепи транс-
форматора тока какоrо нибудь присоединения ток от оборванной или
зашунтированной фазы не поступает в дифференциальные реле. В ре-
зультате этоrо баланс токов в реле нарушается, в них появляется
избыточный ток, равный по величине и противоположный по направ-
лению току оборванной или зашунтированной фазы.
Таким образом, при обрыве токовой цепи защита шин может не-
правильно сработать и отключить всю подстанцию или электростан-
цию, т. е. вызвать тяжелую аварию.
Для предупреждения неnравилыюй работы защиты под влиянием
тока насрузки оборванной фазы дифференциаЛЬНЬte реле отстраи-
ваются Onl nюка насрузки наиболее засруженносо nрucоединенuя..
Кроме Toro, в нулевом проводе дифференциальных реле устанав-
ливается чувствительное токовое реле 2 (рис. 19 5).
При обрыве или шунтировании фазы вторичной цепи реле 2
с выдержкой вр мени ВЫВОДит защиту из действия и подает преду-
предительный сиrнал. .
Реле 2 дополняется миллиамперметром 31 при помощи KOToporo
мо)кно обнаружить не только обрыв, но и ухудшение контакта в
цепи какой нибудь фазы или витковое замыкание в трансформаторе
тока, вызывающее увеличение тока небаланса в нулевом проводе.
Нажимая кнопку 4, дежурный периодически измеряет ток небаланса,
проверяя, таким образом, исправность токовой цепи.
19 4. ТОК СРАБАТЫВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН
С РЕЛЕ, ВКЛЮЧЕННЫМИ ЧЕРЕЗ БНТ [Л. 4]
Ток срабатывания выбирается, и ходя из двух условий:
1. Защита не должна действовать при обрыве вторичной токо-
вой цепи в нормальном режиме; для этоrо
1 с. з == k зап / Н. M3I<C' (19-6)
rДе k зап коэффициент запаса, принимаемый равным 1,2 ],25;
/ H.M8I<C максимальный ток наrрузки наиболее заrруженноrо при-
соединения.
2. Защита не должна действовать от токов небаланса пр и внеш-
них к. з., для этоrо
/ с.з === k зап / нб.М8I<С'
( 19- 7)
590
/
I
...
При включении реле через насыщающиЙся трансформатор ток
срабатывания отстраивается от тока небаланса в установившемся
реLI{име.
Величина установившеrсся / нб.макс оценивается приБЛИLI{енно.
Предполаrается, что работает с поrрешностью только трансформа
тор тока, по которому проходит суммарный ток к. з. При этом ус-
ловии ток небаланса будет равен поrрешности д/ этоrо траНСфОРl\lа-
тора ТОI'Ш. которая в свою очередь равна ero TOI{y намаrничивания
l l1ам :
J иб == д/ == 1 нам.
Если д/ при максимальном значении тока к. з. не превышает
10 t, что проверяется по I{РИВЫМ 10% HbIX поrрешностей, то
/ иб. макс == О, 11 IC. маКС7
(19 8)
rде 1 к.макс наибdльший ток к. з. при внешних повреждениях.
Окончательно ток срабатывания принимается равным большему
из двух полученных значений (19 б), (19-7).
Ч У в с т в и т е л ь н о с т ь З;l Щ и т ы. Защита дол?К на на-
дежно работать при к. з. на защищаемых шинах при минимальном
токе к. з. Чувствительность, как обычно, характеризуется коэффи-
циентом
k lк.МИII
Ч 1 .
С.3
( 19 9)
Для надежноrо действия защиты необходимо иметь k q 2.
19..5. РАЗНОВИДНОСТИ СХЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН
[Л. 4}
а) Схема дифференциальной защиты шин для подстанций
с одной рабочей и второй резервной системами шин
Подстанция, изображенная на рис. 19 б, нормально работает
на одноЙ системе шин, на которую включены все присоединения.
ШиносоединительныЙ выключатель В..3 отключен. Вторая система
шин находится в резерве без напряжения. Защита шин подстанциЙ
TaKoro типа выполняется по схеме, изображенноЙ на рис. 19 б.
Схема защиты шин должна обеспечивать отключение поврежде-
ния не только в условиях нормальноrо режима подстанции, но и во
время перевода присоединениЙ с рабочей системы шин на резервную.
При переводе присоединениЙ обе системы шин жестко связываются
шиносоединительным выключателем B 3, образуя одно целое.
В этом случае в зону действия защиты должны входить обе системы
lUHH. Для выполнения этоrо условия трансформаторы тока шино
соединительноrо выключателя не подсоединяются ({ защите. В нор-
591
. u
мальном режиме шиносоединительпыи выключате.пь отключен, и
поэтому неподсоеДlIнение ero трансформатора тока к защите не
влияет на ее работу. При включении шиносоединительноrо выклю-
чателя резервная система шин попадает в зону действия защиты,
поэтому если в момент опробования резервных шин на них ока..
)кется к. З., то защита шин сработает и отключит всю подстанuи 1.),
в то время как в даННО!vl с.пучае было бы достаточно ОТКЛЮЧИТЬ один
шин ос оедини тельныЙ выключате I1Ь, сохранив в работе рабо-чие
шины. Чтобы устранить указанный недостаток, предусматривается
б л о к и р о в к а, которая в момент опробования резервных шин
прерывает деЙствие защиты на отключение всех при соединен ий,
кроме шиносоединительноrо выключателя. Блаrодаря этому при
I
и
TT 3
TT 1
TT Z
Виn.
If-]
Рис. 19 6. Принципиальная cxeI\la дифференциальной защиты шин подстанции
с рабочей и резервноЙ системами шин.
опробовании защита шин может отключать только один шиносое..
динительный выключатель В..3.
После истечения времени t бл , достаточноrо для включения ши.
носоединительноro выключателя и обратноrо отключения ero
в случае к. з. на резервных шинах, блокировка восстанавли-
вает нормальную схему защитыI шин с действием на все выклю"
чатели.
Блокировка выполняется при помощи промежуточноrо реле 6
(рис. 19 б) с замедленным возвратом. Верхний контакт этоrо реле
нормально замкнут, и через Hero проходит минус выходноrо проме..
}куточноrо реле 7 действующеrо на отключение всех выключателей,
кроме шиносоединительноrо В..3. При включении В-3 от ключа уп-
равления реле б приходит в действие и снимает минус с реле 7.
В качестве реле б часто' применяется промежуточное реле типа
РЭ 500 или РП..252, имеющее замедление на возврат порядка
1 2 сек.
Трансформаторы тока шиносоединительноrо выключателя под..
ключаются к цепям защиты шин при выводе через шиносоединитель-
вый выключатель какоrо либо присоединения.
592
б) Схема дифференциальной защиты шин Д.JIЯ подстанций, pa
ботающих на двух системах шин с фиксированным распре
.,
делением присоединении
Особенность таких подстанций состоит в том, что в работе Haxo
ДЯТСЯ две системы шин, связанные сеКЦИОННЫ i или шиносоеДИНИ
тельным ВЫК:lючателем (рис. 19 7 и 19 8). Каждое присоединение
включаеТся на определенную систему шин, и это распределение ос.
тается неизменным:, т. е. фиксируется. Д ТIЯ правильной ТIИКВПДа
ции повреждений защита шин должна обеспечивать селективное
I П
B 5
..
ш lY.
Рис. 19 7. Упрощенная схема дифференциа.1JЬНОЙ защиты шин
подстанции, работающей на двух системах шин (секциях) с фИI(
сированным распределением присоединений.
ОТI(лючение к. з. на I<аждой системе шин, отключая секционный
выключатель и все присоединеJ-fИЯ, включенные на повредившиеся
шины. Селективность может быть достиrнута применением двух са:
мостоятельных защит, охватывающих I(аждую. систему шин. Oд
нако такая схема будет иметь два недостатка:
1. При включении всех присоединений на одну из систем шин
защита шин будет работать неселективно при внешних к. з.
2. Защита шин не обеспечит селективности при внешних к. з.
при вынужденном нарушении фиксации присоединений.
В обоих случаях защиту шин пришлось бы отключать во избе..
R<ание ее неселективной работы.
С целью обеспечения селективности при внешних к. з. в указанных
peJlCUMQX применяется схема с тремя комnлектаJl.fи защиты (рис.
20 н. В. Чернобровов
593
"
19 7 и 19 8). К о м п л е к т р е л е 1 предназначается Д.пя за
JДИТЫ первоЙ секции. Он включается по дифференциальноЙ схеме
на трансформаторы тока всех присоединений, закрепленных за
первоЙ системой шин, и действует на их отключение. К о 1\1 П Л е к т
р е л е 2 СЛУ)J{ИТ дЛЯ защиты второй секции. Ero peL1e 2 питается
от дифференциа.пьно соединенных трансформаторов тока I1рисоеди
нений, закрепленных за второй секциеЙ, и действует на их отклю
чение.
К о м п л е к т 3 является диффереНllиальной защитой обеих
сеКllИЙ. Он ВI\лючен на сумму токов, проходящих через ре.пе KOM
ОтtrЛ. fJj
Иб2
Рис. 1 g 8. 'У'прощенная (однофазная) схема дифференциаль-
ной защиты подстанции с двойной системОй шин с фикси
рованным распреде.пение I присоединений между шинами.
... п,Пектов 1 и 2, и оказывается, таким образом, дифференциально по.=(-
ключенным к трансформаторам тока всех присоединений. Комплект
3 действует при к. з. на шинах как первой, так и второЙ секции.
При внешних к. з. он .не работает независимо от Toro, как распреде-
,Пены по системам шин присоеДIfнения. Ре,Т'[е комплекта 3 подают
плюс оперативноrо тока на реле комплектов 1 и 2 и производят
ОТК'пючение шиносоединительноrо выключателя.
в случае соблюдения принятой фиксаllИИ присоединениЙ все
три комплекта не работают при внешних к. з. При к. з. Н а ш 11-
н а х пер в о й секции действуют комп,ПеhlЫ 1 и 3. Для комплек
та 2 это к. з. ЯВ'пяется внешним, и поэтому он не работает. В с л y
ч а е к. з. на второй системе шин комплект 1 защиты не работает.
Комплекты же 3 и 2 приходят в действие и отключают все присоеди
нения второй (поврежденной) системы шин. Анализируя поведение
защиты при нарушении фиксации, например если прис<?единение
594
B 2 переведено на вторую секцию (при помощи резервной систе IЫ
Е1ИН: и выключателя B 7), можно установить следующее: а) при
СКВОЗНОl\,1 К. з. токи В комплектах 1 и 2 не балансируются, в резуль
тате чеrо оба КОl'лплекта MorYT сработать, но так как в комплекте 3
токи уравновешиваются, то он не работает и не позволяет комплек
там 1 и 2 произвести неправильные отключения; б) при к. з. на ВТО"
рой секциЙ токи в комплекте 1 не балансируются, так как в этот
комплект поступает избыточный ток от трансформатора тока при
соединения B 2 ..которое включено на вторую секцию, поэтому на
отключение срабатывают не только комплекты 3 и 2, но и комплект 1.
Следовательно, в случае нарушения nринятой фиксации nрисоеди
нений no шинаJvl рассмотренная схема сохраняет селективность
при внеиЕних к. з., но теряет ее при к. з. на шинах. Чтобы об спе
чить селекти ность (в случае нарушения фиксации) при к. з. на
шинах, следует переключить трансформаторы тока и оперативные
цепи присоединеНIIЙ, переведенных на друrую систему шин, на
н:омплект З.8щиты шин этой системы.
в) Схема дифференциальной защиты ШИН с двумя выклю'..а...
телями на каждом присоединении
I(а}l(дая система шин оборудуется отдельной дифференциальной
защитой (рис. 19 9), действующей на отключение выключателей
своих шин. При коротком замыкании на какой либо системе шин
срабатывает ее дифферен
циальная защита, отклю-
чая выключатели повреж
денных IUИН. Защита
друrой (неповрежденноЙ
системы) не действует,
блаrодаря чему все при
соединения остаются в pa
боте, питаясь от оставшеЙ
ся системы шин. Каждая
защита должна иметь YCT
ройство для контроля Ис
правности токовых цепей,
не покззанное на схеме для
упрощения (см. рис. 19 6).
Рис. 19 9. Упрощенная (однофазная) схе!\ш
дифференциальной защиты шин с двумя
выключателями на каждом присоедине
НИИ.
19 6. ОЦЕНКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН И ОБЛАСТИ ЕЕ
ПРИ1\JIЕНЕНИЯ:
rлаIШ:ЫI\'IИ достоинствами дифференциальной защиты шин явля-
IОТСЯ быстрота действия, селектив ность и высокая чувствительность.
Наряду с этим дифференциальная защита не действует при качаниях
и переrрузке.
Опыт эксплуатации показывает, что при хорошем l\Iонтаже, пра
вильном выборе трансформаторов тока и надежноЙ отстроЙке от
20*
595
.
токов небаланса защита работает вполне наде>кно и Иl'\'lёет весьиа
высокий проuент правильноrо действия.
Дифференциальная защита широко применяется для защиты
шин в сетях 110, 220, 330, 500 и 750 кв. В сетях более низкоrо напря
жения дифференuиальная защита применяется относительно редко.
J9 7. НЕПОЛНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН
На электростанциях и подстанuиях с реактироваННЫI\IИ лини
ями и несколькими источниками питания применяется неполная
диФ<tеренциальная защита по схеме, изображенной на рис. 19 10.
D С['НЦIl/l
9
+
B 'r
Рис. 19-10. Упрошенная (однофазная) схема неполной дифферен
циальной защиты шин 6 10 к.в.
Дифференциальное токовое реле 1 включается на СУ.lиму токо&
всех источников питания, т. е. zeHepamopa r, трансформатора Т
и сеКЦИОННО20 выключателя В 1.
Трансформаторы тока линий Л к Зl1lЦите не подключаются, что
упрощает схему и является преимуществом неполной схемы диффе
реНllиальной заLЦИТЫ по сравнению с полной. Коэффиuиенты TpaHC
формаuии трансфоматоров тока, питающИХ неполную дифферен
циальную защиту, должнь} быть одинаковыми.
При к. з. Н а о т х о Д я Щ и х л и н и я х - Л (например,
в точке К 1 ) токи к. з. И наrрузки, поступающие в реле 1, не баланси
руются, так как токи, проходящие по линиям, не попадают в защиту,
поэтому в реле 1 проходит\сумма токов к. з. "Е./ к =:::1 Кl, притекающих
...
к 1\IecTY повреждения от источников питания, и суммарныи ток Ha
596
rрузки J!ИНПИ 1 Harp.JI, l нзrр.JI. Для TOrO чтобы зашита в этом ел} ча
не действовала, ее ток срабатывания должен удовлетворять условию
I
1 c. == k зап (1 КIмакс + }2/llarp. л),
(1 9 1 О)
. rде k зап коэффициент запаса, равный 1 ,2 1 ,3.
При к. з. Н а с о с е Д н е й с е к Ц и и} в r е н е р а т о р е
и л и з а т р а н с фор м а т о р о м (в точках К 2, К з и К..) токи
к. З., притекающие и утекающие от шин, поступая в реле 1, ypaBHO
вешиваются блаrодаря дифференциальному принципу соединения
трансформаторов тока источников питания, и поэтому защита не
действует.
В н о р м а л ь н о м р е ж и м е т о к и наrрузки, проходящие
по отходящим линиям, не попадают в реле 1. В результате этоrо токи
в реле не балансируются и в нем проходит остаточный ток, равный
сумме наrрузочных токов линий. Однако защита не действует, по
скольку сумыарный ток наrрузки меньше тока / KI, от KOToporo от-
строена защита.
При 1<' з. Н а з а щ и щ а е м ы х ш и н а х (точка Кб) в реле
проходит сумма токов к. З., поступающих к месту повреждения
от источников питания ( I к == 1 юJ. ЕCJlИ / Кб> 1 с.з защиты, то она
приходит в действие, отключая все источники питания, связываю
щие шины с системой (т. е. трансформаторы и секционный выключа
тель). Быстрое отключение reHepaTopOB. He
обязательно, поэтому они MorYT отключаться
своей заrцитоЙ от внешних к. з.
По своему принципу работы защита не
действует при внешних к. з. и поэтому может
выполняться без выдержки времени. /(K2J
Рассмотренная схема по существу является
токовой отсечкой, включенной на сумму TO
ков всех источников питания.
Достоинствами защиты являются ее бы-
строта действия и большая простоrа схемы по
сравнению с полноЙ дифференциальной за-
щитой.
19 8. ЗАЩИТА ШИН ПРИ ПОМОЩИ ТОКОВОЙ
ОТСЕЧКИ
1ft
1
Рис. 1 9 1 1. Защита
шин с помощью ТО ко-
вой оrсечКИ.
Шины подстанций 10 или 6 кв, питающие потреби
!'fелей по кабельным линиям с реакторами (рис. 19 1l),
можно защищать токовой отсечкой, включенной на ток
трансформатора, п.итающеrо подстанцию. Отсечка BЫ
полнЯется с ДDУМЯ реле, включенными B Две фазы, или одним реле, включенным
на разность токов двух фаз. ТОК срабатывания отсечки отстраивается от I\iah"
симальноrо тока к. 3. II(lMaKc при повреждении за реактором отходящих ЛИНИЙ
в точке [(1:
1 == k J } '
ср заП lMaKc,
r,u,e k Jan == 1,3.
597
Если наrРУЗКD неповреждеНJIЫХ линий 2; 1 НМр соизмерима с 1 КIмакс' защита
отстраивается от cYMMapHoro тока (1 КIМ8КС +- IHarp).
Выдержка времени отсечки принимается, как правило, равной 0,5 сек для
отстройки от MrHoBeHHbIx дифференциальных защит трансфор raторов И.,'JИ син
хронных КОМПенсаторов, питающихся от защищаемых шин. При отсутствии необ
Ходи:\юсти TaKoro соrласования отсечка может выполняться мrНОВенноЙ.
19..9. ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА ШИН
Дистанционная защита применяется для защиты шин 6 и 1 О кв, питающих
реактированные линии.
Защита устанавливается на трансформато.рах Т, связывающих защищаемые
шины с СИСТемой (рис. 19 12), и питаетсЯ от трансформатора тока TT l и трансфор.
матора напряжения ТН. Защита СОстоит из nycKOBoro орrапа, выполненноrо с по
мощью токовых реле 1, и Дистанционноrо op
raHa 2, осуществленноrо с помощью реле co
противления с. Обычно применяется OДHO
системная схема, рассмотренная в 1l 17.
Сопротивление срабатывания дистан
ционноrо opraHa 2 выбирается меньшим со.
противлений реакторов линии и трансформа
тора Zp и ZT:
ZC.3<Zp и ZC.3<ZT'
При этом условни защита не работает при
к. з. за реактором линии или трансформато
ром связи (в точках Kl и К 2 ), так как сопро-
тивление на зажимах дистанционноrо opraHa
в этих случаях превышает ero сопротивление
срабатывания.
При металлическом к. з. на заЩllщае
мых шинах напряжение, а вследствие этоrо
и сопротивление на зажимах oM:\teTpa падают
до нуля. Защита приходит в действие и от.
ключает трансформатор, отделяя тем CaMbIl\l
поврежденные шины от системы.
При к. з. на выводах reHepaTopa дис
Рис. 19 12. Схема дистанцион- танционная защита действует так же, как и
ной защиты шин. при к. з. на шинах. Чтобы обеспечить селек
ТIIВНОСТЬ при таких повреждениях, иа за-
щите шин устанавливается Выдержка времени 1з.ш на ступень выше времени
действия днффереНllиальной защиты reHepaTopoB. Практически выдержка времени
защиты шин принимается равной:
[з.m == 0,5 + 0,6 сек.
В случае к. з. до реактора или в реакторе линий защита шин действует бы-
стрее, чем маКСИ1нальная защита этих линий. Такая неселектиВность допускается,
так как линейные выключатели не рассчитываются на к. з. до реактора.
Дистанционная защита шин reHepaтopHoro щшряжения применяется в тех
случаях, коrДа к. з. на шинах необходимо отключать быстрее, чем это может
сделать максимальная защита трансформатора.
19..JO. ЗАЩИТА ШИН 1I0 500 1(,8 С ТРАНСФОРМАТОРАМИ ТОКА, ИМЕЮ..
ЩИМИ ПОВЫШЕННУЮ поrРЕШНОСТЬ
В тех случаях, коrда поrрешность трансформаторов тока не
удается оrраничить и она выходит за пределы 10 o, рассмотренная
выше простая дифференциальная защита шин (э 19 2) оказывается
598
недостаточно чувствительной и надежной. В этих случаях MorYT
применяться дифференциальные защиты с торможением или диф
ференциально фазные защиты. Разраб0тке и освоению этих защит за
последнее время уделяется значительное внимание.
Дифференциальная защита шин с торможением. Защита работает
так же, как и аналоrичная защита трансформаторов (см. 16 4).
Реаrирующий opraH защиты выполняется с помощью дифференци
альноrо pe.YJe с торможением, у KOToporo рабочий ток срабатывания
(1 Р.С.Р.) зависит от величины тормозноrо тока (1 т), т. е. 1 р.с.р ==
л,
Е liпpucl
.ж...
а)
1
k.pD
Iт
Рис. 19 13. Дифференuиальная за
щита на выпрямленном токе с тор.
l\10жением.
а схема защиты; б характеристИI{з
J р.ср == f ит).
б)
===' (l т ) (рис. 19 13,a). Наличие торможения позволяет допускать
значительно большие (чем при простых реле) токи небаланса, воз
никающие в тех случаях, коrда поrрешность трансформаторов тока
не превышает 1 О n .
Токовые цепи защиты соединяются, как правило, по дифферен
циальной схеме, при этом токи плеч используются в. качестве ТОрl\lОЗ
ных токов 1 т, а дифференциальный ток, равный rеометричеСI<ОЙ
п
cYMJ\1e токов всех присоединений 2:: 1 прис, является раБОЧИl\.1 TOEO t
1
1 р защиты.
Если в качестве реаrирующеrо opraHa применяются электроме
ханическпе реле, питающиеся переменным током трансформаторов
тока, то число тормозных обмоток реле в общем случае должно быть
599
равно ЧI-1СЛУ присоединений, отходящих от защищаемых шин. Такие
защиты получаются сложными и применяются редко.
Защита значительно упрощается при выполнении ее на выпрям
. .пе} ном токе. В этом случае реаrирующий opraH может осущест.
вляться с помощью поляризованных и
lJ маrнитоэлектрических реле или на полу
проводниках.
Простейшая схема с поля
11 12 риз о в а н н ы м р е л е, наиболее Ha
r лядно поясняющая принцип выполне
ни я дифференциальной за[циты с TOpMO
жением, показана на рис. 19 13,а.
Тормозная обмотка реле Т включена
на сумму выпрямленных токов присое
n
динений: [т -::.... ["рис' В этом случае
I
тормозной ток равен арифметичеСКО!':'I
сумме токов всех присоединений (Л 1 ,
Л 2 ,..., Л п ).
Рабочая обмотка питается выпрямленным дифференциаЛЬНЫl\1
током [д. Принцип действия такой защиты не требует пояс
нений. Описание подобной защиты дано в [Л 104].
1 Дифференциально фазная защита шин. Принцип действия за
щиты основан на сравнении фаз токов присоеДlIнениЙ при внеш
нем к. з. и при К. з. на шинах (рис. 19 14).
[, I 121
ш
а)
! /Э
О т '2
1.. t 11U
б)
Рис. 19 14. Распределение и
фазы токов присоединений
при К. 3. вне шин (а) и на
шинах (6).
Л/
а)
Q
.
r: "
jФ I
I р I
I I
+
I
I
I
I
L.. J
6)
Рис. 19-15. Принцип выполнения дифференциально фазной защиты шин (а),
упрощенная схема реле сравнения фаз (фазноrо praHa) (6).
Пренебреrая фазными сдвиrами первичных токов, можно счи
тать, что в первом случае (при внешнем к. З., рис. 19 14, а) токи,
притекающие к шинам и утекающие от них, имеют противопо
ложные фазы (т. е. сдвинуты на 1800), а во втором (рис. 19 14, 6)
токи всех присоединений совпадают по фазе.
600
В соответствии со сказаННЫl\.1 реаrирующий opraH дифференциаль
но фазной защиты должен сравнивать между собоЙ уrлы сдвиrа
фаз токов всех присоединениЙ. При совпадении фаз токов всех
присоединений реаеирующий орсан должен работатпь, а при нали
чии тока хотя бы односо nрисоеди нен ия , сдвинутО20 на 1800, ......... не
действовать. Такое сравнение можно осуществить с помощью схе.
мы, показанной на рис. 19 15,a, характеРИЗУЮlцей общий прин
uип выполнения подобноrо фаз
Horo opraHa.
Втор ичные обмотки вспомо
rательных трансформаторов ВТ,
установленных на каждом при
соединении, соединяются OДHO lt t 12 t '.J t
именными зажимами на парал
лельную работу через однополу
периодныевыпрямители В,пропу-
скающие только положительные
полуволны питающеrо их тока.
К выходу этоrо контура под.
ключен фазный opraH Ф, реаrи..
рующий на СДвиr фаз между
первичными токами присоедине
ний J l' J 2'" ., J n.
Поскольку выпрямители В
всех присоединений соединены.
параллельно, из всех токов при
соединений (совпадающих по
фазе) через выпрямители будет
проходить только один ток, по.
ложительная полуволна кото.
poro имеет наибольшее .значение
J макс- Выпрямители В на осталь.
ных присоединениях (с fI;1:eHb
тими токами) будут закрыты об
ратным напряжением, создавае.
мым выпрямителем, ПРОПУСКaIО
IЦИМ ток / макс.
Таким образом, к opraHY сравнения фаз Ф подводится напряже-
ние и ф == k/ MaKcR .
При к. з. Н а 3 а щи IIL а е мы х ш и н а х (в К 1 на рис. 19...16, а)
токи по всем присоединениям, имеющим источники питания, направ.
лены к месту к. 3. ., т. е. к шинам, и совпаД3l0Т по фазе, если не учи
тывать различие в yr лах сопротивлений присоединений и фаз э. д. с.
источников питания. В этих условиях положительные полуволны
первичноrо тока всех присоединений совпаД3l0Т. Ток присоединения,
по которому проходит наибольший ток к. з., пропускается COOTBeтc
твующим выпрямителем, проходит по сопротивлению R и воздейст
вует па реаrирующий opraH Ф.
К,
/
t
t
и)
1
2
1
J,
3
t
t
6)
Рис. 19-16. Диаrра:м:мы ТОКОВ в фазном
opraHe защиты.
а при К. 8. на шинах; 6 при 1(. з.
вне шин.
601
в отрицательные полупериоды тока присоединений диоды выпря
мителей В заперты и ток в фазном контуре отсутствует. В результате
этоrо напряжение и ф на входе фазноrо opraHa и!'леет прерыви
стый характер, как показано на рис. 19 16, а.
Фазный ореан устроен тaK чmo при наличии разрыва (<<скваж
ности») в кривой входносо напряжения он срабатывает.
При в н е ш н е м к. з. токи, идущие к шинам и уходящие от
них к месту к. З., сдвинуты на 1800.
В результате этоrо ток в фазном KQHType течет непрерывно, COOT
ветственно этому кривая и ф имеет также непрерывный характер
(рис. 19 16,б). При наличии сnлошноео импульса на входе фазный
ореан Ф не работает.
Фазная характеристика реле Ф, определяющая зависимость ero
{с.р == f( D) приведена на рис. 19 17. С учетом уrловых поrрешностей,
возникающих из за различия в фазах
э. д. с. источников питания, уrлов со-
противлений присоединений и уrловой
поrрешности трансформаторов тока ши-
рина зоны действия фазноrо opraHa
при нимается приблизительно равной
140 .
В ряде защит [Л. 77, 79] opraH cpaB
нения фаз Ф выполняется с помощью
транзистора Т, управляющеrо работой
электромаrнитноrо реле Р, как пока
заво на рис. 19 15,б. При наличии Ha
пряж:ения и ф триод открыт и шунти
р ует реле Р, не позволяя ему работать.
При отсутствии и ф триод Т закрывается и реле мо)кет работать.
Специальные испытания показывают, что дифференциально
фазные заrциты, обладая достаточной чувствительностью при к. з.
на шинах, MorYT быть наде)кно отстроены от небалансов при выпол-
нении защиты на трансформаторах тока с Поrрешностью, достиrаю
щей в установившемся ре)киме 20 30%.
Дифференциально фазная защита мо)кет выполняться OДHO
системной, для TOro чтобы вспомоrательные траНСфОРl\Iаторы ВТ
были выполнены в виде сумматоров или комбинированных
фильтров.
В СССР применяются дифференциально фазные защиты, разрабо
танные rрузэнерrо [Л. 78], Белорусэнерrо, использовавшими опыт
применения подобных защит в Чехословакии [Л. 76, 78] и Институ
том автоматики Министерства приборостро ния.
Оценка защит. Оба варианта дифференциальной защиты (с TOp
l\ю)кением и фазным opraHoM) чувствительнее простой дифференци
аль ной защиты' шин, более наде)кно отстраиваются от внеш
них к. З., позволяют снизить требования к точности трансформато
ров тока и уменьшить сечение контрольноrо кабеля в токовоЙ
цепи защиты.
I t;jJ
18{)
р
'д{)
о
Рис. 19 17. Зависимость то-
ка срабатывания дифферен
циально фазной защиты от
уrла сдвиrа фаз токов при
соединений.
602
Общим недостаткоы обеих заll НТ является отсутствне ыер по OT
стройке от повышенных поrрешностей трансформаторов TOI<a 13 пере
ходных режимах, обусловленных апериодической составляющей
тока к. з.
Дальнейшие разработки и опыт эксплуатации этих защит позво
лят полнее оценить оба варианта новых защит и uелесообразность
их широкоrо применения.
r лава двадцапzая
РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ВЫ..
КЛЮЧАТЕЛЕЙ
20-1. НЕОБХОДИМОСТЬ И СПОСОБЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
Статистика показывает, что при автоматической ликвидации пов
реждений отмечаются отдельные случаи отказа в действии релейной
...
защиты или выключателеи.
Несмотря на относительную редкость таких случаев, с ними нель..
зя не считаться, поскольку отказ защиты или выключателя озна..
чает неотключение к. з. со всеми вытекающими из этоrо последст
виями (длительное прохождение токов к. з. И сни}кение напряжения
в сети).
Подобные отказы MorYT вызывать тяжелые аварии, сопровождаю.
щиеся массовым повреждением оборудования (не рассчитанноrо на
длительное прохождение сверхтоков к. з.) И нарушением электро
снабжения потребителей из.за понижения напря}кения и нарушения
устойчивости энерrосистем. Наряду с принятием мер по повышению
надежности и безотказности действия релейной защиты и выключате
лей особо важное значение приобретает резервирование отключения
повреждений в случае отказа выключателя или действующей на Hero
защиты.
Известны и применяются ДBa способа резервирования:
1) резервирование, осуществляемое защитами смежных уча..
стков (д а л ь н е е рез е р в и р о в а н и е);
2) резервирование, осуществляемое защитами и выключателями
той подстанции, rде произошел отказ.
В этом случае для резер ирования защиты на каждом присоедп
нении устанавливаются Д в е 3 а Щ и т ы (о с н о в н а я и р е 3 е р
в н а я), взаимно резервирующие друr друrа. Для резервирования
выключателя предусматривается специальное устройство резерви-
рования отказа выключателя (УРОВ). Это устройство пускается
от защит отказавшеrо выключателя и действует на отключение всех
присоединений данной подстанции, непосредственно питающих не..
отключившееся к. з.
Этот способ резервирования именуется м е с т н ы М, и л и
б л и ж н и м, р е 3 е р в и р о в а н и е м.
603
Пер вый с п о с о б резервиров ния предусматривает, что
в зону действия защиты смежноrо участка должен входить не только
свой, но и следующий за ним участок (рис. 20 1). Тоrда при отказе
защиты В или выключателя В следующеrо участка защита смеж
Horo участка А приходит в действие и отключает к. 3. своим выклю
чател er-.f А.
В тех случаях, коrда по условиям быстродействия линия обору
дуется дифференциальной или высокочастотной защитой, для целей
резервирования предусматривается дополнительная, так называемая
резервная защита, способная действовать при к. з. на следующем
участке. Одновременно Ta же резервная защита действует при
отказе основнои защиты cBo ro участка.
В качестве резервных защит используются токовые защиты HY
левой последовательности для отключения К. з. на землю и макси
11<2
......." .
'T2
,......
....
............
I к /
' il '(асток защиты А ' tI YlIacтo lt ' защиты ь;
резерВц,дуемь/u .Jощитоt1 А
Зона оеистВLIЯ защиты А
.
Рис. 20 1. nринцип дальнеrо резервирования отказа в работе
выключателей или защиты с помощью защит предыдущеrо участка
сети.
мальные токовые или дистанционные защиты для ликвидации 1'vlежду-
фазных к. з.
В целях упрощения установка резервных защит от l\-1еждуфаз
ных к. з. допускается не на всех линиях, а лишь в отдельных
точках сеТИ t выбираемых с учетом ответственности подстанций и
последствий неселективноrо arключения нескольких участков.
П рuнцuпuальны'м преи,Мущество,М дальнеzо резервирования явля
ется есо высокая надежность. Резервируемые и резервирующие защи
ты и выключатели находятся на разных подстанциях, и, следователь
но, неисправности и неполадки, возникшие на резервируемой под
станции, не Moryт повлиять на работу резервирующих устройств.
Однако в сложных сетях с протяженными и сильно заrруженными
линиями при наличии параллельных ветвей и мощных подпиток
(например, от источника Т2 на рис. 20 1) резервные защиты (А на
рис. 20 1) оказываются недостаточяо чувсщвительны'мИ даже и в
тех случаях, коrда они выполняются посредством защиты нулевой
последовательности и дистанционной защиты.
Этот' недостаток дальнеrо резервирования оrраничивает ero при
ыенение и вынуждает искать друrие пути, обеспечивающие боль
шую ЧУВСlвительность резервирования.
604
в т о рой с п о с о б резервирования получил значитеЛьное
распространение на подстанциях, rде дальнее резервирование OKa
r '"
I I
r' 3?
В ! 82
/(
!Ir
1/(з
t а)
ВАт r ,
J
ВА 2 f(
Ь)
ВА I
8.]
ВА 2
6) t /1( /(
Рис. 20 2. Принцип ближнеrо резеРJjирования с помощью
устройства резервирования отказа выключателей (УРОВ).
а принцип действия УРОВ; 6 для схемы с двумя выклю
чателями на присоед нении; в ближнее резервирование для
схемы четырехуrольиика.
. выключатель, отключи шиЙся при к. 3. на прнсоедине--
иии; l'3 выключатель, отключаемый резервной защитой пре
дыдущеrо УЧастка. Пунктиром покаЗ8НЫ цепи ОТК.JIючения o't'
устройства у РО в.
зывается нечувствительным или неселективным. Принцип дейст
вия УРОВ очень прост (рис. 20-2,а).
В случае отказа выключателя 8з ero защита 3 по истечении Bpe
мени, достаточноrо для прекращения к. з., при нормальной рабате
605
выключателя и защиты поврежденноrо присоединения (8з и 3)
действует на отключение всех выключателей, через которые про
должастся питание повреждения (81 и 82 на рис. 20 2,a).
Очевидно, что УРОВ не может резервировать отказ самой защи
ты З. Поэтому ero применение предполаrает необходимость BToporo
(дублирующеrо) комплекта защиты для резервирования отказа oc
новной защиты. Обе защиты должны выполняться Jre з а в и с и мы..
м и друr от друrа, так чтобы неисправности в цепях и устройст
вах одной не моrли вызывать отказ второй. Для этой цели каждая
защита включается на отдельные трансформаторы тока, оператив
ные цепи каждой защиты должны пи
таться от разных предохранителей и
иметь разные выходные промежуточ
ные реле.
Устройство резервирования отказа
ВЫКЛlочателя обладает высокой чув
ствительностью, так КаК пусковым
opraHoM ero является основная за
щита присоединения, обычно имею
щая достаточную чувствительность
в пределах защищаемоrо элемента.
Помимо тoro, УРОВ имеет опреде
ленные преимущества по сравнению
с первым способом резервирования
(дальним) в части селективности.
Так, на ПОДстанциях с двумя выклю
чателями на присоединение, а также
на подстанциях, выполненных по
. вы;.;.rlIочатели, ОТI<ЛЮЧИDшиеся схеме мноrоуrольника (рис. 20 2, б
при к. З. В точке К. И в), при к. з. на линии и отказе BЫ
ключателей В 1 УРОВ позволяет co
хранить в работе подстанцию и все линии, кроме поврежден HO:i ,
в то время как дальнее резервирование с помощью защит А 1 и А 2
предыдущеЙ линии приводит к отключению всей подстанции (рис.
20 2, 6, в). Это преимущество имеет существенное значение на мощ
ных станциях и узлов'ых ответственных подстанциях особенно в
тех случаях, коrда через них передается большая транзитная мощ
ность, а также при наличии на линиях ответвлений, как пока
зано на рис. 20 2,a.
Кроые резервирования отказа отключения выключателей, спе
циа-пьнос УРОВ обеспечивает быстрое отключение повреждений
на участке между выключателем и ero трансформаторами тока,
коrД,а последние устанавливаются только с одной стороны выклю
. чателя (рис. 20 3). При к. 3. на этом участке, например в точке К,
защита P 1 поврежденноrо присоединения хотя и подействуеr на
отключение выключателя 81' но не сможет отделить повреждения
от ШJJН подстанции 8, защита же шин 1 и 11 этой подстанции не рабо
тает, так как к. з. в точке К находится вне зоны ее действия. Отклю
l/f t
[н
1
Рис. 20 3. Действие TpOB при
К. 3. 1\1ежду выключателем и
траlIсформаТОрО:\1 тоКа.
606
чение к. з. производится в даННОl\1 случае резервными защитами,
установленными на противоположных концах присоединений, пита..
ющих подстанцию В. В тех случаях, коrда выдержка времени этих
защит значительна или их действие приводит I{ неселективному oт
ключению всей подстаНllИИ, при схеме коммутации, допускающеЙ
отключение ее части (например, при схеме мноrоуrольника или с
двумя выключателямп), для ликвидации УI{азанных повреждений
llелесообразно применение УI{азанноrо выше специальноrо устроЙ
Сlва резервирования (УРОВ).
20 2. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ УСТРОЙСТВА
ОТКАЗА ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ (УРОВ)
ИЗ ПРИНllипа действия УРОВ следует, что при срабатывании
оно должно отключать все присоединения одной сеI{ЦИИ или сис
темы шин подстанции или электростанции. Поэтому ложное дей
ствие 'УРОВ может вызывать полное или частичное нарушение
работы подстаНllИИ или элеI{тростанции с тяжеJIЫМИ, I{aI{ правило,
последствиями для энерrосистемы и ее потребителей. В то же Bpe
IЯ вероятность ложной работы УРОВ больше, чем у друrих
защит. Это объясняется тем, что пуск УРОВ осуществляется
от защит всех присоединений. Вследствие этоrо неисправность в за
щите Jlюбоrо присоединения или ошибка обслуживающеrо персонала
при их проверке может привести к неправильной работе УРОВ.
ДЛЯ исключения Л()Жf!ОЙ работы схема У ров выполняется с двy
мя н е з а в и с и м ы м и друс от друса n у с к о в ы м и о р r a
н а м и. ОДНИМ является защита присоединения, как было пока
зано на рис. 20 2,a, вторым дополнительное пусковое устройство,
контролирующее наличие к. з. в зоне деЙствия УРОВ. Второй пус
ковой opraH не позволяет работать УРОВ при отсутствии I{. з. И пре
дупреждает таким образом ero ложную работу из за неисправности
защит присоединения или ошибочных действиЙ персонала.
Второй ПУСI{ОВОЙ opraH выполняется с помощью реле напряже
пия или тока, реаrирующих на появление к. з. i3 сети (рис. 20 4,a и 6).
Контрольные пусковые реле должны надежно действовать при к. з. В
пределах защищаемоrо присоединения.
Схема контроля с реле напряжения показана на рис. 20 4,a.
Она состоит из реле минимальноrо напряжения Н, ВКJlюченноrо
на междуфазное напряжение и реаrирующеrо на трехфазные к. З.,
И двух реле, реаrирующих на несимметричные I{. з. Одно реле
Н 2 включено на напряжение обратной последовательности; BTO
рое Но питается напряжением зи о . При действии реле Н, Н 2 ИЛИ
Н о срабатывает промежуточное реле Р П к, которое замыкает свои
I{OHTaI{TbI и разрешает выходному реле защиты РН з пустить УРОВ
(рис. 20 4,в).
На рис. 20 4, б показан контроль наличия I{. з. с помощью TOKO
Boro реле Т к. В качестве последнеrо применяется трехфазное токовое
реле типа РТ ..40/Р или три однофазных токовых реле. Трехфазное реле
РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
.
607
т к. показанное на рис. 20 4,б, работает при всех видах к. з. При cra
батывании реле Т к замыкает свои контакты, разрешая работать
УРОВ.
Прпнципиальная схема УРОВ приведена на рис. 20 4, в и 2.
При К. з. на защищаемом присоединении срабатывает выходное реле
защиты Р П 3, замыкая цепь отключеНIfЯ выключателя пр мсоеди-
нения и цепь пуска УРОВ.
+
r ...,
I РП З llY I · рв
I rJ I
L ...........
От заЩl1т ор!/еllх 1
IlРl1соеОl1/f[1 f1 Ш}
Р8 РУ РП урtJв
и А
ив
ис
}ио
а)
+
' '"
I РЛ З ВУ 1 рп/(
I 1-
L ...J
От защит фУ?l/.l'
/JjJlIcoerJlL#l'Hutl
РВ ру
Р!)
РП уров
РПУРОlJ
r
..
Но О/l?нлюqение
#ce
пРILсоеоанении
6')
r '
I I
I I
1 I
I I
I I
I I
1.1
I
I
J
о)
..
Но оmМЮ'lенuе
#сех
l7рисоеОIl неll""
е)
Рис. 20.4. Принципиальная схема устройства резервирования отказа
выключателей (УРОВ).
а, 6 цепи устррйства контроля неоТКJJючивwеrося К. В.; е. е оперативиые цеllИ
УРОВ.
Если выключатель не подействовал и к. з. продолжается, то реле
контроля Р П к В схеме на рис. 20-4, в и реле Т к в схеме на рис. 20 4, i!
разрешает сработать реле времени РВ и выходному реле УРОВ.
Последнее подает импульс на отключение всех присоединений, про
долж:ающих питать к. з. При ошибочном пуске защиты срабаты-
вает реле РП 3 , но УРОВ не действует, так как контакты реле,
контролирующеrо наличие к. з. (Р П к или Т к), остаются разомкну
тыми.
В цепи пуска УРОВ на защите К8ждоrо присоединения ycтaHaB
ливается отключающее устройство OJ1, позволяющее при проверI<е
...
защиты пли ее неисправности разомкнуть цепь, по котором подается
импульс на пуск УРОВ.
608
На подстаНllИЯХ, оборудованных защитой шин, в качестве BЫ
ходных реле УРОВ Moryт использоваться выходные реле защиты
шин. Контроль наличия к. з. с помощью токовых реле применяется
на подстанциях, выполненных по полуторной схеме, по схеые
l\Iноrоуrольника, или с двумя системами шин и двумя выклю
чателями на присоединение.
При таких схемах каждое присоединение отключается двумя
выключателями. Поэтому устройство контроля наличия к. з. долж
но обладать способностью определять, какой из двух выключателеЙ
ПР 1соединения отказал. Эту задачу леrко разр fi.IИТЬ, установив
82
,
п
r '"
+ I 'к, I PiJ,
I
I
в1
I
I
I
L
РВ РУ, РП,
, """ ry--.
I
P8z
РВ 2
РУ2
а)
а схема присоединеиия и БКЛЮ
чення контрольных пусковых реле
т Кl И Т к) 6 оперативные цепи.
РЛ, На отIfЛЮ/fеН(1е
ВМ(ЛЮllателн/ с.ш.
Рll2 На отКЛЮlfelше
Вl1//(ЛЮlfотеля О с.ш.
6)
Рис. 20 5. Схема резервирова
ния отказа выключателей при
двух выключателях на присое
динения.
в цепи каждоrо выключателя присоединения токовые реле Т кl И Т 1<2,
фиксирующие прохождение тока по выключателю (рис. 20 5, а).
В ОТI\лючившеl\'1СЯ выключателе ток пропадает, в отказавшем
остается. В зависимости от этоrо работает реле Т К1 или Т 1\2, разр
тая отключать те присоединения подстанции, которые продолжают
питать к. з. при отказе данноrо выключателя (рис. 20 5, 6)
Выбор уставок на реле устройства. Время действия УРОВ (t TPOB)
До.пжно быть больше времени действия защиты на. отк.r.ю-
чение (tOTK. ) на некоторую величину дt == t rpOB t откд ' Зто
время устанавливается на дополнительном реле времени УРОВ
(на рис. 20 4 оно обозначено РВ).
Защита подает импульс на выключатель и реле времени УРОВ
одновременно. Для предупреждения действия УРОВ чри нормаль
ном отключении выключателя необходимо выбрать
,
{УРОВ == {откл.в + {воз. з + {ошРВ + {зал, (20 1)
rде tОТКЛ.Б время отключения выключателя; t ВОЗ . З вр мя, He
оБХОДИl\lое для возврата защиты, пускающей УРОВ; tou.PB время
f,09
ошибки реле времени УРОВ в сторону ускорения действия; t за "
запас по времени. .
Чтобы предупредить действие защит на смежных подстанциях
при действии УРОВ, необходимо выбирать выдер}кки времени на
резервных ступенях защит этих подстанций с учетом t yPOB . Это за..
медляет выдер}кку времени на резервных защитах сме}кных участ..
ков на дt == t yPOB .
. у ставки на реле напря}кения и тока устройств, контролирую..
щих наличие к. з., выбираются с учетом наде}кноrо действия этих
реле при к. з. В конце резервируемоrо присоединения и из условия
возврата после отключения к. з.
20 3. ОЦЕНКА УСТРОЙСТВ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
Устройство резервирования отказа отключения выключателя в
...
коммутационном отношении является сло}кным устроиством, так
...
как в нем сходятся цепи отключения всех выключателеи и оператив
ные цепи защит. Этим определяется большая ответственность YCT
ройств резервирования.
С учетом сло}кности и ответственности специальные устройства
резервирования имеют оrраниченное применение. Их следует пре
дусматривать в тех случаях, котда резервные защиты не мотут обес..
печить резервирование следующих участков, а неотключенное к. з.
из за отказа выключателя сопровождается резн:им и опасным для
системы сни}кением напряжения.
Устройства резервирования целесообразно TaKR<e применять на
особо ответственных подстанциях с тремя выключателями на два
присоединения, с двумя выключателями на присоединение или на
подстанциях, соединенных по схеме мноrоуrольника для отк.пюче
ния при отказе выключателей не всей подстанции, а ее чаеfИ.
.
Прuложение
МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ
Защита предназначена для линий 6 lO кв, разработана ВНИИЭ..'1ектропри.
вод на типовых функциональных и лоrических элеl\lентах серии «Лоrика», изrо
тавливается заВОДО!\1 ЧЭАЗ. Структурная схема защиты представлена на рис. П l.
Защита выполняется двухфазной, она состоит из двух измерительных opraHoB
НО А И НОС' один ИЗ которых реаrирует на ток фазы А, а второй фазы С, и
лоrической части ЛЧ, включающей в себя лоrический элемент ИЛИ, элемент
nреI\Iени В, усилитель У и выходное промежуточное реле РП. Измерительный op
raH представляет собой токовое реле на выпрямленном токе, состоящее из проме
жуточноrо трансформатора тока ПТ, выпрямителя ВМ и усилителя Р,
ОТ ВМ ИО А
I
I
I
I
! I
, Л I
L J
А {j с
Рис. п 1. Струи:турная схема максимальноЙ защиты на полу.
ПрОБОДНИ ках.
работающеrо в релейном режиме (триrrера). Вторичный ток /n (рис. П 2)
трансформаторов тока поступает в промежуточный трансформатор ПТ, который
уменьшает ero до допустимоrо для элементов схемы значения. С помощью выпря
мителя В вторичный ток трансформатора ПТ / выпрямляется и подводится на
вход (точка М) релейноrо элемента Р типа ЭТ Ф05. При токе в линии /л > 1....3
на выходе релейноrо элемента Р появляется напряжение Ир, которое воздейст
вует на элемент в ремени В типа ЭТ В06. Этот элемент является конденсаторным
реле вре:мени, создающим необходимую выдержку времени защиты. Элемент Bpe
мени В работает при действии любоrо из двух реле Р и связан с ними с помощью
схемы ИЛИ. По истечении установленной выдержки времени на выходе В появ
.ТIяется напряжение, которое подводится на вхол однокаскадноrо усилителя У
611
типа Т-402. Последний усиливает сиrнал, полученный от Н, и за;,.tыкает цепь BЫ
ХОДноrо промеЖУТОЧllоrо реле рп. Реле РП срабатывает и полает имПУЛЬС на OT
ключение защищаемоЙ линии.
ПО lные схемы измерительноrо opraHa и лоrической части защиты показанЬJ
на рис. П 2 и П 3. Питание электродов транзисторов в каждом элементе этих схем
(Р, В, У) осуществляется от специальных шинок (+), ( ) и (О), на которые по
дается стабилизированное напряжение от блока питания, не показанноrо на схеме.
Потенциал шинки (+) равен +6 в, ШИНЮI ( ) 12 в и шинки (О) нулю.
Рассмотрим схему изыерительноrо opraHa и лоrической части и покаже :I,
что устройство в целом леЙствует как максимальная токовая защита.
Измерительный opraH (рис. П 2). Как уже было отмечено, ток линии /л
трансформируется с помощью трансформаторов тока ТТ и промежуточноrо транс-
форматора ПТ, выпрямляется выпрямительным мостом ВМ и подводится на вход
(в точку М) релейноrо элемента Р. Релейный элемент является реаrирующим эле
MeHTQM измерительноrо opraHa; он представляет собой трехкаскадный усилитель
постоянноrо тока с положительной обратной связью. Обратная связь обеспечивает
r
fr,lf. . Р . 1
( ) I
I
I
I
9 I
11/1( или
Рис. П 2. Измерительный opraH защиты (Р).
лавинообразный процесс нарастания ВЫХОДноrо напряжения (сиrнала) И р . Еых ,
Т. е. скачкообразное ero изменение, при появлении ВХОДноrо сиrнала И р . вх больше
опрелеленнш'о значения, которое можно назвать напряжением срабатывания
реле U С.р'
Как видно из рис. П 2, на базу триода Т 1 (точку М) через сопротивление R з
подается положительное напряжение смещения U см' а через сопротивление R 1
напряжение И Р . ВХ ' получаемое с зажимов выпрямителя ВМ. Результирующее
напряжение на базе Т paBHO
U рез == U СМ U р.вх. (п 1)
Напряжение и см == пост., поэтому знак и величина U РеЗ зависят от величины
U р . БХ ' которое определяется током 1.'1. Поrраничным условием начала работы эле-
мента Р, а следовательно, и измерительноrо opraHa является равенство И Р . ВХ ==
== и см ' чему соответству{'т определенная в,еличина тока /Л' Этот ток является
ТОКШ1 срабатывания защиты / С.З' При 1 л < / С.1 напряжение U рез на базе TpaH
зистора Т 1 имеет (соrласно (П l» положительный знак, при этом триод Т 1 закрыт,
а ero коллектор и точка а, к которой подключена база Т2' имеют отрицательный
потенциал 12 в. Триод Т 2 представляет собой транзистор типа п p п. Как из-
вестно, такой транзистор открывается при положительном смещении и закры-
вается при отрицательном. Следовательно, при закрытом триоде Т 1 триод Т 2
также закрыт, так как потенциал точки а (базы Т 2 ) ниже потенциала точки Ь
(эмиттера Т 2 ) на величину падения напряжения в сощютивлениях диодов Д4. и
ДSt ПО которым проходит ток цепи, образованной сопротивлением R и рассматри-
ваемыми диодами. При закрытом триоде Т 2 на базу триода Тз подается положи-
612
тельное напряжение Смещения через сопротивление R7' lюторое при закрытом
триоде Т 2 равно 6 в, если пренебречь сопротивлением открытых диодов Д€ И Д7.
При этих условиях.триод Тз закрыт, а напряжение на выходе элемента Р в то'ше
8 и Рвых== О, так как эта точка связаиа с нулевой шинкоЙ открытым диодом Д7.
ИЗ сказаННО20 следует. что ,,:ри 1., < [с.з выходной СU2нал измерuтеЛЬНО20 Ор2йна
равен нулю. это означает, что измерительный Ор2ан не действует.
При п о я в л е н и и т о к а 1.'1 > [ С.3 напряжение и рез на базе триода
.Т 1 изменяет знак на отрицательный и триод Tl начинает открываться. Откр'ытие
триода Т! вызывает появление положительноrо потенциала на базс триода Т 2 .
Последний открывается и подает на базу Тз отрицательный потенциал, триод Т"
начинает открываться, при этом потенциал точки 9 меняется. Он становится по
мере уменьшения сопротивления триода ТЗ более отрицательным. приб.пижаясь
к 12 в. По обратной связи с зажима 9 через сопротивление R4 на базу Tl дается
дополнительный ток, способствующий открытию Т1' Т2, и Тз. Процесс носит ла-
винообразный характер. При полном открытии всех триодов на выходе 8 п{)яв
l1яется отрицательный сиrнал и Рвых == 12 в, 'это означает, что реаrирующий
в
r + 1
I ( }
I
I
ИЛи I
r / I I
I ДА I J
J I
у
rr
,
,f.'
6
I
Н ц '
I
9 J
I
I
I
J
I
I
Рис. п з. Jlоrическая часть защиты (ИЛИ, В и У).
элемент Р измерите.rrьноrо opraHa сработал. Сказанное nоказьюает. чmо расс.лЮf1l
ренный измерительный орсан ведет себя как реле М,аксuмальносо тока. Реrулиро
вание [с_з приводится с помощью делителя Rr. Выходной сиrнал с зажима 8
измерительноrо элемента подается на схему или.
Лоrическая часть защиты (рис. П 3). Все элементы лоrической части (или.
В. У) питаются так Же, как и измерительный opraH от трех шинок ( ), (+) и (О),
имеющих те же потенциалы ( 12 в, +6 8, О в).
Элемент ИЛИ образуется двумя диодами ДА и ДС' С выхода которых сиrнал
поступает через диод Д и сопротивление Rl на вход элемента времени В (базу
cr'риода T 1 ).
Элемент времени имеет четыре триода: Tl' ТЗ, Т4 типа p.n p и Т 2 типа n p-n.
Для создания выдержки времени служит конденсатор С. При отсутствии выход.
1I0ro сиrнала на измерительном opraHe сиrна.i1 на входе элемента времени и Ввх == о.
в этом случае триод Т 1 закрыт, так как по сопротивлению R 2 на базу Т! подается
смещение и СМ == +6 в. Сопротивление R4 R з (в 100 раз), поэтому напряжение
на конденсаторе С, равное падению напряжения на R з , при закрытом триоде Tl
будет близко к нулю, вследствие чеrо конденсатор С разряжен. Как видно из
схемы, база триода Т 2 (триод типа n-р-n) имеет отрицательное смещение, поэтому
триод Т 2 закрыт. На базу Тз по сопротивлению R5 подается смещение +6 в. поэ--
тому Тз также закрыт. По делителю, образованному сопротивлениями R6. R'j.
Rs, на базу транзистора Т4 подается отрицательный сиrнал ( 2.З5 в). Триод
Т4 открыт И подает на зажим 9. являющийся выходом элемента В, потенциал
нулевой шинки, который равен нулю. В результате этоrо напряжение и в Ь ''''' == О.
В ....
613
.
т. е. выходной сиrнал отсутствует. Таким образом, при отсутствии входноrо
сш"нала элемент В не работает.
у с и л и т е л ь (У). Потенциал с выхода 9 элемента В подается на усили
тель У. При нулевом потенциале на входе усилителя база триода Т} имеет поло
жительное смещение +6 в по сопротивлению R 2 и он закрыт. При это r цепь ка.
ТУШЕИ выходноrо реле РП разомкнута и реле не работает.
После срабатывания измерительноrо opraHa ф зы А или С или обоих вместе
на выходе элемента ИЛИ появляеrся сиrнал отрицательноrо знака 12 в. по
ступающий на вход элемента времени В, на базу триода Т} этоrо ЭЛбrента. Ре.
зультирующее напряжение на базе Т} в этом случае равно разности U см U ВВХ
И имеет отрицательный знак, так как и ВВХ > и см ' При отрицательном напряже.
нии на базе трнод Т} открывается. После открытия Т} потенциал точки т стано.
вится больше потенциала точки п и диод Дs закрывается. Под действием разности
напряжения (IS'e) между шинками (+) и ( ) конденсатор С начинает заряжаться.
Зарядный ток проходит ПО контуру R 4 C. Через время t, определяемое постоянной
т == 1/ R 4 C, потенциал базы Т 2 (точки п) сравняется с потенциаЛOl\I зажима 8.
Тоrда триод Т 2 открывается и на базе Тз возникает отрицательный по отношению
к эмиттеру потенциал. Триод ТЗ открывается, подавая в точку К потенциал нуле
вой шины (О). При этом база триода Т4 получает положительный потенциал и за.
крьшается. На выходе элемента В (зажим 9) появляется отрицательный сиrнал
через диод Д4' получаемый с точки l делителя Rll R 12 R 1З R14' Отрица
тельный сиrнал с зажима 9 элемента В поступает на вход усилителя У. Триод
усилителя Т} открывается, замыкая цепь выходноrо реле РП, последнее срабаты.
вает и посылает импульс на отключение. После отключения защищаемой линии
тОк 1 л пропадает и все триоды схемы возвращаются в первоначальное состояние,
в связи с чем выходные сиrналы элементов Р, В и Jl становятся равными нулю, ток
в реле -РП исчезает и оно прекращает свою работу. Реrулирование времени Дей.
ствия элемента В осуществляется изменением емкостИ конденсатора С сопро
тивления R4' _
Из приведеННО20 анализа работы схем измерительною Ор2ана и ЛО2ической
части следует вывoд Ч/111J защита реа2ирует на величину /111JKa и срабатывает при
токе I л > 1 С,З с заданной выдержкой времеНИ 1 т. е. ведет себя КаК пЮКОВQЯ маК.
СИ.малы-юя защита с независимоu характеристикой,
Для удобства промышлеllноrо производства и эксплуатации рассмотренная
схема макси;чальной защиты выполняется в виде единоrо блока, называеl\lоrо по
теР?IИнолоrии, принятой в электронной технике, м о д у л е м. Все элементы cxe
мы: транзисторы, диоды, сопротивления, KOHД HcaTOpы размещаются на пла.
тах с Печатным монтажом и заливаются эпоксидным компаундом, защищаЮЩИ\1
элементы модуля от повреждения. В случае появления неисправностеЙ модуль
заменяется НОВЫМ. Подобные схемы находятся в эксплуатации и работают .дOCTa
точно надежно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Прави.rrа устройства электроустановок, изд. 4 e, ИЗД.I!О «Энерrия», 1965.
2. Руководящие указания по релейной защите, ВЫП.I. Защита reHepaTopoB,
работающих на сборные шины, rосэнерrоиздат, 1961.
3. Руководящие указания по релейной защите, вып. 2. Ступенчатая токовая
защита ну.rrевой последовательности от замыканий на землю линий 110 .220 кв,
fОС9нерrоиздат, 1961.
4. Руководящие указания по релейной защите, вып. 3. Защита шин 6 220 кв
станций и подстанций, fосэнерrоиздат, 1961.
5. Руководящие указания по релейной защите, вып. 4. Защита понижающих
трансфор::\шторов и автотрансформаторов, fосэнерrоиздат, 1962.
6. Руководящие указания по релейной защите, вып. 5. Защита блоков reHe
ратор трансформатор и reHepaTop автотрансформатор, fосэнерrоиздат, 1963.
7. [ОСТ 7524 62. Обозначения условные rрафические для электрических
схем, Изд во стандартов, 1965.
8. Сыр o м я т н и к о в И. А., Преимущества применения переменноrо
оперативноrо тока, «Электрические станции», 1954, ,N'g 1.
9. С т у п е л ь Ф. А., Электромеханические реле, изд. XapbKoBcKoro
университета, 1956.
10. Б е р к о в и ч М. А., В а в и н В. Н. и др., Справочник по релеfi
ной защите, fосэнерrоиздат, 1963.
11. О в ч и н н и к о в В. В., Эл€ктромаrнитные реле тока и напряжения,
IJЗД ВО «Энерrия», 1965.
12. Е л Ф и м о в В. М., Реле направления мощности, изд.во «Энерrия»,
1%6.
. 13. Ф е Д о с е е в А. М., Осноны релейной защиты, rосэнерrоиздат,
1961.
14. Д ы к и н А. В., Электронные и полупроводниковые приборы, ИЗД DО
«Энерrия», 1965.
15. Ф е Д о т о в Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов,
ИЗД.во «Советское радио», 1963.
16. К а r а н о в И. Л., Промышленная электроника, fосэнерrоиздат, 1961.
17. Полупроводники в технике релепной защиты, книrи 1 и 2, НТОЭП,
1968.
18. Применение полупроводников в устройствах релейной защиты и систем
ной аВТО1\1аТИКИ. под ред. И. И. Соловьева и А. М. Федосеева, изд во «Высшая
школ Ю>, 1962.
19. Б а р з и л о в и ч В. М., Высоковольтные трансфор:\шторы тока,
нзд. 2 e, fосэнерrоиздат, 1962.
20. Б а чур и н Н. И., Трансформаторы тока, изд во «Энерrия», 1964.
21. Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах
релейной защиты, fосэнерrоиздат, 1960.
22. А в е.р б ухА. М. иРы б а к Х. А., Задачи по релеЙной защите
и методы их решения, fосэнерrоиздат, 1961.
615
23. А r а б е к о в [. И., Теоретические ОСНОВЫ релейной защиты высоко-
RОЛЬТНЫХ сетей, fосэнерrоиздат, 1957.
24. f о л е м б и о в с к и й П. С., f р е с ь И. М., М а л а х о в -
с к и й Е. И., М е л ь н и к П. М., с и н е л ь н и к о в В. Я., Релейная
защита и устройства автоматики на переменном оперативном токе, изд во «Тех-
ника». Киев, 1964.
25. Опыт наЛi!ДКИ релейной защиты на переменном оперативном ток{' в
Л10сэнерrо, fосэнерrоиздат, 1963.
26. К о ж и н А. И., Релейная защита линий 3 10 кв на переменном опе-
ративном токе, fосэнерrоиздат, 1960.
27. Б е р к о в и ч М. А. и С е м е н о в В. С., Основы техники и экс"
плуатаuии релейнсй защиты, изд. 4 e, IIЗД ВО «Энерrия», 1965.
28. Наладка и эксплуатация блоков питания серий БП. изд-во «3нерrия»,
1964.
29 М а н с у р о Б Н. Н., Поп о в В. С., Теоретическая электротех-
ника, ИЗkВО «Энерrия». 1965.
30. П л е т н е в Л. Ф., Реле прямоrо действия, их наладка и проверка,
fосэнерrоиздат, 1961.
31 Б е р к о в и ч М. А. и С е м е н о в В. А., ОСНОВЫ автоматики
энерrссистем, ИЗД во ( нерrия», 1968.
12. 1 л ь Я н о в С. А., Электромвrнитные переходные процессы в элек-
трических системах, изд во ( нерrия», 1964.
33. Б а р з а м А. Б., Общие вопросы учебноrо проектирования релейной
зашиты и автоматики, изд-во «ЭнерrиЯ!>, 1969.
34. Электрические сети и станuии, ПОД ред. Л. Н. Баптиданова, fосэнерrо
издат, 1963.
35. В о с к р е с е н с к и й А. А., Токи. небаланса в нулевом проводе
трансформаторов тока, «Электрические станции». 1950, Ng 2.
36. Л и х а ч е в Ф. А., Выбор, установка и 9ксплуатация дуrоrасяшпх
аппаратов, fосэнерrоиздат, 1955.
37. С и Р о т а И. М., Защита от замыкании на землю в электрических
системах, Изд-во АН lCCP, 1955.
38. Сиrнализаuия замыканий на землю в компенсированных сетях, Сб. cтa
тей ПОД ред. В. И. ИОЭЛЬСОНfl, fосзнерrоиздат, 1962.
39. Д а р ч е н к о В. Е., С т е п н о в Т. В.. Зящита от замыканий на
зе\lЛЮ в компенсированных сетях, «Электричество», 1956, NQ 2.
40. К и с к а ч и В. М., Селективная чувствительная защита от замыка-
ний на землю в сетях с малыми емкостными токами типа ЗЗП 1, «Электрические
станuии», 1966, Ng 3.
41. Поп о в И. Н., Чувствительиое маrнитное (<]есконтактное) реле
зашиты, Труды ЦНИЭЛ. ВЫП.l. fосэнерrоиздат, 1953.
42. А н д р е е в В. А.. Ф а б р и к а н т В. Л., Ре.пейная защита
распределительных электрических сеrей, И3Д RО «Высшая школа», 1965.
43. Руководящие указания по наладке, проверке и эксплуатации про
дольной дифференциальной защиты линий типа ДЗЛ, Тосэнерrоиздаr.
1962.
44. f а е в е н к о Ю. А., Новые типы дистанuионных защит линий элек
тропередач, fосэнерrоиздат, 1955.
45. r а е в е н к о 10. А., Новые реле защиты на полупроводниках, [ocy
дарственное ИЗДательсrво технической литературы lCCP, 1962.
46. А т а б е к о в [. И., Применение маrнитоэлектрических и поляри-
зованных реле в схемах релейной защиты, «Электричество», 1956, N27.
47. Л е в и у ш А. И., С а пир Е. Д., ПОЛУПРОВQдниковые реле со-
противления с эллиптической характеристикой срабатывания, ( лектричество»,
] 962, N!1 5. .
48. А л ь т ш у л л е р В. А., К а }) Ц е в В. Л., М у р а ш к о Н. В.,
П е т р о в С. Я., Трехступенчатая пистанuионная зашита. ( лектрические
станции», 1964, Ng 8.
49. Инструкция по наладке и проверке дистанционной защиты типа ПЗ 153,
rосэнерrоиздат; 1959.
616
50. С а в о с т ь я н о в А. И.,
11ЗД ВО «Энерrия», 1969.
51. М а м о н т о в О. В., Метоны кибернетики в теОрИfl электронных
защит, 1962.
52. f е л ь м а н [. А., С о с к и н Э. А., Бесконтактные элеl\Iенты в
схемах и устройствах аВТОNfатики, изд во «Энерrия», 1966.
53. В а с и л ь е в а Н. П. и f а ш к о в е ц И., Jlоrические элементы в
ПРОl\1ышленной аВТОМатике, fосэнерrоиздат, 1962.
54. f и Р ш б е р r В. В., К У т л е р Н. П и др., Транзисторные лоrи.
ческие и функциональные элементы единой серии ЭТ дЛЯ систем промышленной
автоматики, «Электротехника», 1965, .NQ 4.
55. Труды ЦНИЭJl, вып. 1, rосэнерrоиздат, 1953.
56. Труды ВНИИЭ, вьш.ХVI, fосэнерrоиздат, 1963.
57. Руководящие указания по наладке, проверке и эксплуатации релейной
чаС1И дифференциально фазной высокочастотной защиты типа ДФЗ 2, fосэнерrо
издат, 1957.
58. М и к у ц к и й [. В., Высокочастотные каналы релейной защиты,
rосэнерrоиздат, 1959.
59. Дальние элекrропередачи 500 кв,Сб. статей под ред. А. М. Некрасова и
С. С. Рокотяна, ИЗkВО «Энерrия», 1964.
60. К о ч е т о в В. В., С а пир Е. Д., Я к у б с о н [. [., НалаДl<а
и эксплуатация релейной части дифференциально фазных высокочастотных
защит линий 400 500 кв, fосэнерrоиздат, 1962.
61. Труды ЦНИЭJl, вьш. 2, fосэнерrоиздат, 1954.
62. f о л У б е в М. Л., Релейная защита и автоматика подстанций с
короткозамыкателями и отделителями, изд во «Энерrия», 1965.
63. f о r и чай ш в и л и П. Ф., Подстанции без ВЫКJJючателеЙ на BЫC
ше\f напряжении, ИЗkВО «Высшая школа», 1965.
64. Д о р о Ф е е в В. И., Дифференциа.пьно фазная ВЫСОКОЧастотная и
диффЕ>ренциальная продольная защита на ЛИНИЯ1( с ответвлениями, «ЭлеКТРl'1че
Сl<ие станции», 1960, N2 7.
65. Д роз Д о в А. Д., Насыщающиеся трансформаторы тока с KOpOTKO
заМКНУТЫN1И витками для релейной защиты, «Электричество», 1<)53, .N2 10.
66. Д роз Д о в А Д., Электрические цепи с ферромаrНИТНЫl\1И сердеч
никами в релейной защите, изд во «Энерrия», 1965.
67. Ц а р е в М. И., Применение реле с быстронасыщающимися трапсфор.
матора!'vШ в дифференцнальных защитах, «Электрические стаНllИИ», 1948, N28.
68. Инструкция по наладке, проверке и эксплуатации дифференциальных
реле типов PHT 562 и РНТ-563, fосэнерrоиздат. 1963.
69. К о с т р о в М. Ф., С о л о в ь е в И. И., Ф е Д о с е е в А. М.,
Основы техники релейной защиты, fосэнерrоиздат, 1944.
70. Ф е Д о с е е в А. М., Релейная защита электрических систем, roc
энерroиздат, 1952.
71. С м е р т и н Н. Т., Б а r и н с к и й Л. В., Х о м у т о в Б. А.,
К вопросу о защите мощных турбоrенераторов от токов обратной Последова-
тельности, <Э.1Jектрические станции». 1964, N28.
72. Инструкция по проверке реле серии ДЗТ с маrнитным торможением,
изд во «Энерrия», 1965.
. 73. f Р е к r. т. и Р и б е л ь Н. Е., Защита от замыканий на корпус в
электрических установках, «Электрические С1аНЦИll», lq60 .N 10.
74. Б у л и т к о Д. Д., Накладные трансформаторы тока, <Электрические
СТЩЩИИ» , 1957, .N28. .
75. Сыр о м я т н и к о в И. А..
лей, fосэнерrоиздат, 1950.
76. К о в а л е н с к и й . В., Релейная защита электродвиrателей высо-
Koro напряжения, изд-во «Энерrия». 1964.
77. И р ж и Б е р м а н, Дифференциально фазная защита шин в Чехо-
словакии. «Электрические станции», 1960, N 10.
78. f о с в и я н и .Б. И. и Д о л и Д з е r. Ф.. ДиффереНllиальпо-фаз-
ная защита сбо ных шин, «Электрические станции», 1961, NQ 4.
Реле сопротивления KPC 131 , KPC 132,
Режимы работы асинхронных двиrате
617
79. С о к о л и к JI. И., ДифференциаЛЬНО.фазная защита шин. «Элек.
трические станции», 1966. .1\1'2 2.
ВО. f е л ь Ф а н Д Я. С., r о л у б е в М. Л.. Ц а р е в М. И., РелеЙ.
ная защита и электроавтоматика на переменном оперативном токе. изд.во «Энер-
rия», 1966.
В1. Руководящие указания по релейной защите, вып. 7, Дистанционная
защита линий 35 330 КfJ, изд.во «3нерrия». 1966.
В2. r и р ш б е р r В. В. и др., Единая серия полупроводниковых лоrи
ческих II функциональных элементов (3Т) , ИЗД.во «3нерrия», 1966.
83. Б а р з а м А. Б., Системная автоматика, ИЗД.во «3нерrия». 1964.
84. С е м е н о в В. А., О возможности повышения чувствительности
ПРОДОJIЬНОЙ дифференциальной защиты reHepaTopoB. «Электрические станцию>.
195В. Nf! 6.
В5. Инструкция по наладке и проверке релейной части дифференциально-
фазной высокочастотной защиты ДФЗ.2, изд во «3нерrия», 1966.
86. Релейная защита и автоматика энерrосистем. изд.во «3нерrия». 1966.
87. Ф а б р и -К а н т В. Л.. r л у х о в В. П., Пап е р н о Л. Б.,
Элементы устройств релейной защиты и 8ВТОI\1аТИКИ энерrосистем и их проскти.
рование. ИЗkВО «Высшая школа», 1968.
В8. К. а з а н с к и й В. Е., Трансформаторы тока в схемах релейной
защиты, изд во «Энерrия», 1969.
89. В а в и н В. Н., ТраНСфОРМ8ТОРЫ тока, ИЗД.во «3нерrия». 1966.
90. В а в и н В. Н., Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи,
изд.во «3нерrия», 1967.
91. К. о ж и н А. Н., Р У б 11 н ч и к В. А., Релейная защита линий с
QТве'Jвлениями, ИЗkВО «3нерrию>, 1967.
92. r у с е в В. С.. С о к о л о в а Р. Н., Блокировка защит линпi'I
330 750 кв при нарушениях в цепях напряжения, <Электрические станции»,
1967, NQ 6.
93. Ф е Д о с е е в М. А.. Вопросы защиты мощных синхронных [енера-
торов от сверхтоков при несимметричных режимах, Труды ВНИИЭ, вып.ХХVI,
ИЗД.во «3нерrия», 1966.
94. Л ы с е н к о Е. В., Токовая защита обратной последовательности
для мощных [Снераторов. сб. статей «Опыт эксплуатации релейной защиты и
электроавтоматики в энерrосистемах», вып. 1, ИЗД.во «3нерrия», 1968.
95. А т а б е к о в [. И., Основы теории цепей, изд.во «3нерrия», 1969.
96. К. а р Ц е в В. Л., Дистанционная защита для линиЙ 110 330 кв с
использованием маrнитоэлектрических реле, 00. стаrеЙ «Опыт эксплуатации
релейноЙ защиты и элсктроавтоматики в энерrосистемах», вып.], изд.во «3нер-
rия», 1968.
97. Ф е Д О'Р о в а М. Ф., Дистанционные защиты с маrнитоэлектри-
чеСКШ.1 реле для сетей с малым током замыкания на землю, сб. статей «Опыт
эксплуатации релейной защиты и электроавтоматики в энерrосисте 18Х», вып.l.
изд.во «3нерrия». 1968.
98. К о к о в и н В. Е., Фильтры симметричных составляющих в релейной
защите, изд.во «3нерrия», 1968.
99. Руководящие указания по релейной защите, вып. 6, ИЗД.во «Энерrия)},
1966.
100. Правила технической эксплуатации элеI(трических станции и сетей.
ИЗll.ВО «3нерrпя», 1968.
101. К а к у е в и Ц к и й Л. И. и др., Справочник релеЙноЙ защиты и
автоматики. И3kВО «3нерrия», 1968.
1 02. r о л у б е в М. Л., Расчет уставок релейной защиты и предохра..
нптелеЙ, ИЗkВ0 «3нерrия», 1969.
103. Эксплуатационный циркуляр .1\1'23.11/65. издание БТИ ОРfРЭС, 1966.
104. r р е к [. Т. и П е т р о в С. Я.. Дифференциальная защита шин с
торможением. «3лектричество», 1970, NQ 10.
СОДЕРЖАНИЕ
.
Предисловие
......................... ..
F лава первая. Общие понятия о релейной защите
l l. Назначение релейной защиты. . . . . . . . . . . . . . . .
1 2. { Повреждения в электроустановках. ............
f1'. 1 3. Ненормальные режимы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
".. T:;..4 . Основные требования. предъявляемые к релейной защите.
1 5. Элементы защиты, реле и и'х разновидности . . . . . . .
1 6. Способы изображения реле и схем защиты на чертежах. .
1 7. Способы включения реле .. . . . . . . . . . . .
1 8. Способы воздействия защиты на выключатеЛь. . .
1 9. Источники оперативноrо тока . . . . . .
r лава вторая. Реле .......... . . . . .
2 1. Общие принципы выполнения реле .
2 2. Электромеханические реле . . . . .
2:: Электромаrнитные реле. . . . . . . .
C2 .1) Электромаrнитные реле тока и напряжения.
2 5. Электромаrнитные п РOllлежуточные реле.
2 6. У казательные реле . . .
2 7. Реле времени. . . . . .
2.:8. Поляризованные реле
(2;.а) Индукционные реле . . .
'"":- Индукционные реле тока и напряжения. . . . . .
Токовое индукционное реле серии РТ 80 и РТ 90 .
} Индукционные реле направления мощности . . .
:t 16. Маrнитоэлектрические реле . . . . . . . . . .
2 14. Реле с использованием полупроводников .
2 15. Реле на выпрямленном токе, реаrирующие на одну электрп"
ческую величину . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _. . . .
2 I6. Реле на сравнении абсолютных значений двух напряжений иI
и UII .................................................
2-17. Реле на непосредственном сравнении фаз двух электрических
величин ИI и Ин .................
r лава третья. Трансформаторы тока и схемы их соедииений. . . . . . . .
-З 1: Поrрешности трансформатора тока . . . . . . . . . . . . . . .
3 2. Параметры; влияющие на уменьшение намаrничивающеrо
тока .. .. .. .. . .. .. .. .. .. ..
......... ...... ........
3 3. Требования к точности траНсфОРl',латоров тока н их выбор
3:4. Обозначение BbIBOJJ.OB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5
5
6
10
11
15
17
18
18
20
27
27
28
28
35
38
43
44
47
49
52
Ь6
58
&l
66
67
70
80
92
92
94
96
99
619
3 5.
.
7)
3 8.
Изображение векторов вторичных токов . . . . . .
Типовые схемы соединениЙ трансформаторов тока
Наrрузка трансформаторов тока. . . . . . . . . .
Фильтры симметричных составляющих токов .
rлава четвертая. Максимальная токовая защита . . . . .
'} A. l... Принцип действия токовых защит. . . . . . . . . . . .. ..
4 2. Защита линиЙ с помощью максимальнаи ТОIЮВОИ защиты
4 3. Схемы защиты. '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 4. Поведение максимальной защиты при двойных замыканиях на
зеl\1Л ю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1:' 4 5. Тон: срабатывания защиты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
$4 !) Выдержка времени защиты.. ..,..............
". 4 7. Максимальная токовая защита с пуском (блокировкоЙ) от репе
...,,....
/....;...-"'"' м-инимальноrо напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 8. Максимальные защиты на переменном оперативном токе . . .
4 9. Максимальная защита с реле прямоrо действия . . . . . . . .
4 IO. Общая оценка и область применения максимальной токовоЙ
защиты ....... . . . . .
Fлава пятая. Токовые отсечки
5 1.
S
5 3.
5 4.
5 5.
5 6.
5 7.
5 8.
Принцип действия ТОI<ОВЫХ отсечек. . . . .
Схемы отсечек. . . . . . . . . . . . . . . . .
Отсечки MrHoBeHHoro действия на линиях с ОДНОСТОРОНЮ1:l,I
пит анИеl\1 ........ . . . . . . . . . . . .. .
Неселективные отсечки. . . . . . . . . . . . .
Отсечки на линИях с двусторонним питан I:е:-'1
Отсечки с выдержкой времени . . . .
Токовая трехступенчатая защита . . . . . . .
Оценка токовых отсечек . . . . . . . . . . . .
Fлава шестая. Трансформаторы напряжения и схемы их соеДi1Нений. . . .
6 1. Основные сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 2. Лоrрешнocrи трансформатора напряжения. . . . . . . . . . .
6 3. Схемы соединений трансформаторов напряженип. . . . . . .
6 4. Повреждения в цепях трансформаторов напряжения и конт.
роль за их исправностью .............. ....
6 5. Емкостные делители напряжения . . . . . . . . . . .
6 6. Фильтр напряжения обратной последоватедьности.
r лава седь,иая. Токовая направленная защИта ..........
J.. 7 1. Необходимость направленной защиты в сетях с ДВУСТОрОI-lН!:М
питаниеl\1 ............. . . . . . . . . . . . . . .
Схема и принцип действия токовой направленной защиты . .
Схемы включения реле направления мощности . . . . . . . .
Поведение реле мощности, включенных на ток неповрежденной
фаз ы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . .
7 5. Блокировка максимальной направленной защиты лри замыка
ниях на землю . . . . . . .
Выбор уставок защиты. . . . . . . . . .
Мертвая зона . . . . . . . . . . . . . . .
Токовые направленные отсечки . . . . . .
Краткая ОЦенка токовых направленных зашит
7 2..
7 3. .
7 4.
7 6.
7 7.
7 8.
7 9.
rлава вОСМtaя. Защита от замыканий на землю в сети с большим током
J5 замыкання на землю ............. - . . . . . . . .
8 1. Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 2. Максимальная токовая защита нулевоЙ последовательности
.620
r
100
101
111
113
117
117
117
118
123
125
j2
130
[33
145
147
147
147
148
149
151
152
15]
154
155
155
155
156
158
163
168
169
172
172
175
176
180
183
184
186
}88
1,9
189
189
193
8 3. Т оковые направленные защиты ну левой ПОС 1едоватеЛЬНОС'f"
8 4. Отсечки нулевой последовательности . . . . . . . . . . . . . .
8 5. Ступенчатая защита нулевой последовательности . . . . . . .
8 6. Питание поляризующей обмотки реле мощности нулевой после-
довательности от трансформаторов тока . . . . . . . . . . . .
8 7. Оценка и область применения защиты. . . . . . . . . . . . .
r Ла8 ?: а девqтая. Защита от замыкаиий Ifа землю в сети с малым током замы-
, ".-
..>. кання H землю .........................
9 1. Токи и напряжения при однофаЗНОl\.i замыкании на землю . .
9 2. Основные требования к защите . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 3. Принципы выполнения защиты от замыканий на землю. . . .
9 4. Защиты, реаrирующие на искусственно созданные токи нуле-
вой последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 5. Защиты, реаrирующие на остаточные токи компенсированной
сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 6. Защиты, реаrирующие на TOKiI неустановившеrося режима
r лава десятая. Дифференциальиая защита линий .... . . . .
1O 1. Назначение и виды дифференциальных защит. . . .
2. Принцип действия продольной _ дифференциальной защиты
2/ :...J.Q..:з. Т оки небаланса в дифференциальной защите . . . . . . . . .
10 4. Общие приншшы выполнения дифференциальной защиты
линий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Устройство контроля исправности соединительных проводов
Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ
Опенка продольной дифференциальной защиты . . . . . . -. .
Принцип действия и вид.ы поперечных дифференциальных
защит па раллельных линий . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
( !9 Токова.я поперечная дифференциальная защита. . . . . . . .
10 10. Направленная поперечная дифференциальиая защита. . . .
10 1I. Направленная поперечная дифференциальная защита нулевоЙ
последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1O 12. Направленная поперечная дифференциальная защита с раз-
дельными комплектами от междуфазных li однофазных К. з.
lO 13. Способы ПО2ышения чувствительности пусковых opraHoB
поперечной дифференциальной защиты. . . . . . . . . . . . .
IO 14. Оценка направленных поперечных дифференциальных защит
Z-I '" Hh 15. Токовая балансная защита. . . . . . . . . . .
F лава одшuщдцатШf. Дистанционная защита. ...............
11 1. Назначение и принцип действия . . . . . . . . . . . . . . . .
11 2. Характеристики выдержки времени дистанционных защит
11 3. Элементы дистанционной защиты и их взаимодеЙствие. .
11 4. Характеристики срабатывания дистанционных реле и их
изображение на комплексной плоскости . . . . . . . . . . . .
11 5. Приншшы выполнения реле сопротивления и основные тре-
бования к их конструкциям . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 6. Реле сопротивления на выпрямленном токе, выполняемые с
помощью полупроводниковых приборов . . . . . . . . . . . .
11 7. Электромеханические pe.rJe сопротивления. . . . . . . . . . .
11 8. Точность работы реле .сопротивления и ток точной работы
11 9. Дистанционные opraHbI защиты. . . . . . . . . . . . . . . . .
11 1O. Упрощенные cxe:\lbI с уменьшенным числом дистанциОннЫх
opraIloB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 11. Причины, искажающие работу дистанционных optaHoB .
11 I2. Пусковые opraHbI дистанционной защиты. .
11 13. Схемы дистанционных защит. . . . . . .
l ] ] 4. Схемы защит на полупроводниках
11 15. Выбор уставок дистанционнОЙ защиты
11 16. Краткие выводы'. . . . . . . . . . . .
1 0 5.
1 0 6.
I r 10 7.
.
J97 .-
203
208
209
210
211
211
216
217
218
228
229
232
232
232
236
240
246
248
254
254
255
258
268
269
270
271
271
271
2L
273
274
276
281
282
295
306
307
313
316
319
325
328
3'16
352
621
r лава двенаdцатая. Высокочастотные защиты ....... . . . . . . .. 353
12 1.
12 2.
12 3.
12 4.
12 5.
] 2 6.
12 7.
12 8.
12 9.
Назна'iение и виды высокочастотных защит. . . . . . , . . .
Принцип действия направленной защиты с высокочастотной
блоки ровкоЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .
Высокочастотнзя часть защиты. . . . . . . . . . . . . , . .
Направленная защита с высокочастотной блокировкоЙ. ... .
Разновидности направленных высокочастотных ЗШL,l!Т и их
cxer-.lbI ..............................
Дифференциально фазная высокочастотная защита . . . . , .
Дифференциально фазная высокочастотная защитатипаДФЗ 2
Выбор уставок дифференциалыю фазной высокочастотной
защиты . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . .. . ... . .. ..
Оценка высокочастотных защит . . . . . . . . . . . . . . . .
r лава тринадцатая. Предотвращение непраьильных действ'!й защиты
при качаниях .....,.........,.,.... , . . .
I.З 1. Характер изменения тока, напряжения и сопротивления на
зажИi'.'ШХ реле при качаниях . . . . . . . . . . . . . . . . . .
].З 2, Повсдение защиты при качаниях. . , . . . . . . . . . . . . .
].З 3. .меры по предотвращению неправильных деЙствиЙ защиты при
качаниях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 .1. строЙство блокировки защиты при качаниях, реаПII1ующее
на ток или напряжение обратной последовате,i]ЬНОСТИ . . . .
]3 5. cTpoilcTBO блокировки защиты ари качаниях, !.catllp ющес
на скорость изменеНИfl тока. напряжения или СQПрОТИВ.'1': НИЯ
r лава четырнадцшпаq. Защита линий сперхвысокоrо напряжения и защита
линиЙ с ответв.ленИями . . . . . . . . . . .
14 1.
14 2,
Защита линий cBepxBbIcoKoro напряжения.
Защита линий с ответВЛениЯми. . . .. ....
. . .
r лава пятнадцата;l. Защита reHepaTopOB . . . . . . . . .
15 1. Повреj;(дения и ненормальные режимы работы rCHe}JaTopoB,
оснсвныз требования к защите reHepaTopoB . . . . . . . . . .
Защита от междуфазных коротких заМS.h.С!НI1И в обмотке
статора . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . .
Защита от замыканий между витками одноЙ фазы . . . . . ,
Защита от замыкаЕ!fЯ обмотки статора на корпус (на землю)
Защита СТ СВЕ'рхтоков при внешних к. з. И переrрузках .
Защита rидроrенераторов от повышения напряжения
Защита ротора. . . . . . . . . . . . .
Полная схема защиты [енератора . . . . . . . . . . .
Защита синхронных компенсаторов. . _ . . . . . . . .
,; t5 2.
2.) .
п .' :
"" ] / ]5 5.
5 \ 15 б.
'15 7.
15 8,
15 9.
лава шестнадцатая. Защита трансформаторов и автотрансформаторов
k , Повреждения и ненормальные режимы работы траНСфОРМ2-
тороВ и автотрансформаторов, виды защит и требuвааия
к НИIvl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ....
Защита от сверхтоков при внешних корO'fКИХ з3мыанl яхx
Защита от переrрузки. . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . .
Токовая отсечка . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . .
Дифференциальна.я защита . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Токи небаланса в дифференциальноЙ заIДИТС трансформаторе;]
и аВТО'А рансформаторов . .. ...............,.
1 6 7. Т оки намаrничинания силовы.:( трансформаторов при вклю.
чЕ.НИИ под напряжение. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16 8. Схемы дифференциальных защит. . . . , . . . . . . . .
16 9. Краткая оценка дифференциальных защит rраНСфОР1 цТОРОВ
16 2.
16 3.
15 .1,
5" 16 3.
.........
16 6.
622
35З
354
356
359
36:3
368
381
384
385
385
388
390
391
397
399
399
409
417
417
424
4 7
4"41
..
't;).
469
47О
476
4"78
481
.181
4:35
k..l7
:r .
.199
5')1
5JC
510
512
525
}6-10.
16.1I .
16.12.
16 13_
.
I'азопая ззщ.ИТЗ траНСфОрJaТОрОВ . . . . . . . . .
TOKOBa защита от ЗaJ\lыканий на KO l1YC (iШii\.) л) lp(,li'-- 'l)
l\laTopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Особенности защиты трансформаторов без Бык.тrючат{'леЙ
на стороне высшеrо напряжения. . . . . . . . . . . . . . . .
ЗаЩlп'а ВО:1ьтодобавочных реrу.тrировочны}\. траНСфОРЫ3ТОfJОВ
525
531
532
540
[дава СС,1lНадц""!fr';: Я. Защита блоков rенератор траисформатор и reHepa
тор трансформатор линия ........ . . . . 543
17 1. Особенности защиты блоков . . . . . . . . . . . . . . . . .. 543
17 2. Защита блока rенератор трансфорыатор . . . . . . . . . .. 545
17-3. Особенности защиты блоков rенератор трапсчор.JaТОР
линия ..... . . . . . . . . . . . . 558
r лава еосе/l.lнадцатая. Защита 9лектродвиrателеи . . . . . . . . . . . . .. 559
18 1. Общие требования к защите электродвиrателеЙ . . . . . . .. 559
18 2. Основные виды заffi.ИТ, применяемых па лсктродвиrатеJIЯХ 560
18 3. Некоторые свойства асинхронных э.чектродш!rателеЙ. . . .. 561
18 4. Защита электродвиrателеЙ от коротких ЗШ.IыканиЙ между
фазаl\IИ . . . . . . . . . . : . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 504
18-5. Защита электродвиrателеЙ от замыканий одноЙ фазь: на землю 557
18-6. Защита электродвиrателей от переrрузки . . . . . . . . . 568
18 7. Защита эдектродвиrатедей от понижения напряжения. . .. 572
18-8. 3ащюа эдектродвиrателеЙ напряжением НИЖР- 1000 в . . .. 575
!8 9. Расчет тон"оп са озапуска электродвнrателеЙ и остат')чноrо
н пряженпя }fa их зажинах . . . . . . . . . . . 577
, 18 10. Защиrа синхронных электродвиrателей 5ва
Тлава девятнадцаmся. Защита сборных Шl.lН. . . . ". 584
19 1. Виды защит шин и требования к ним. . 584
19-2. Дифференциальная защита шин . . . .. . . 586
19-3. }\lеРОПРfЯТИЯ по повышению надежности дифферснцпально:'
защиты шин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., 588
19-4. ТОК срабатывания дифференциадьной з щиты шин с реЛ\ .
nключеПНЫ:\1И через БИТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . " 590
19 5. Ра:шовидности схеы дифференциальной защиты llШН . . . .. 591
19 6. Оценка дифференuиаJIЫЮЙ защиты шин и обл сти ее при . >
н ния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
19 7. НеПОJIНая дифференциадьная защита шин . . . . . . 596
19 8. Защита шин при ПШЛОЩИ токовой отсечки. . . . . . . . . .. 597
19-9. Дистанционная защита шин. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59В
19-10. Защита шин 1 10 500 кв с трансформаторами тока, имеющи:\1Н
повышеJтую поrрешность. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 598
F лава двадЦ:lIпая. Резервирование Действия релеliнои 3ЗЩ!1ТЫ и вык.1Ю
чателсй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6 3
20 1. Неосходимосп. 11 способы резервированн;: . . . . . . . . . .. 603
20 2. Приншшы выполнения устройства реЗt:}.нзаровзнпя откзза
выключате.тrей (УРОВ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 607
20-3. Оценка устроЙств резервирования. . . . . . . . . . . . . .. 610
ПрuлtJженuе. Максимальная токовая защита на ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
приборах . 611
ЛИ1( ратура
.........
615
Чернобровов Николай Васильевич
Релейная защита
Редакторы: М. А. БерКОВUЧ 1 И. п. Березина
Переплет художника А. М. Кувшинникова
Технический редактор л. М. Фрuдкин
Корректор 3. Б. Шлайфер
Сдано в набор 29/IX 1970 r. Подпнсано к печаТII 191V 1971 r. Т Об282. Формат 60X901/1 .
Бумаrа типоrрафская J\l'g 2. Усл. печ. л. 39.0, Уч. изд. л. 43,1. Тираж 90000 экз.
Цена t р. 65 к. Зак. J\l'g 140 .
.
Издательство «Энерrия». Москва, M ll4, Шлюзовая наб.. 10.
.
Ордена Трудовоrо KpacHoro Знаменн Ленинrрадская типоrрафия N2 1 «Печатный
Двор» именн А. М. rOpbKoro rлавполиrрафпрома Комитета по печатн при Совете
Мннистров СССР, r. Ленинrрад. rатчннская ул., 26.
- .
.
-:....
'.
(1 :l:-
"
.;.у.;;.:-
S
,
,."
....
...
.z
...
м.:r,..:...
.:=:
?
. !.
"1I
..'"
-...
';'-.
:..: ! ., -\:
...!.
..;,
... .
-.. ..,
: -
:::'
.::
-::о..
. .;;:....
...:14'
.l"" .
.::
.
. .
.
.'
....-.
....
, "
:
'i
. "
."
"'
.. :
..
.
-
:. '. -'
.. ;:
, '=-
.
.
. n"
..... -
,......
..,.
-:::..no
'--
,-
-"
;.
==
:;.;
.А;,
.....---..
,, .
"' .
...
.-
.
-.
.
.;:
.,:
*
.-
.
..:':' :.
. .
-"
1
.. ... .... --;...
у- . ...;. :'
. ::-
...........
,"
..
..
'!.
.
"".z.: ''''
.r
..}:.
,.
.'\.
,
.:'
' 1 ::
-!
....
: .......
.. ......
.!,
.....
..
. ,
,.-
: \
:-.1
"J. '.
Н.
,
.
..,
!
. ' :
. ,ot... 1.. :
- -- ' ... ,- . ....... ' ! .
..<о: з:..... .... ..,+ "..I"=;' '."
: . .,...::. - .:......... :. . . J'
' .. -' , . '. "-. '- '-r- I .... I
-.... " 1 ::--- .: -.. . - -:-;- = :t "t'-
J;
.\
t. .t
T ; !t:; l'
"1- 'J
f'
;f
-ё,
. (4
':f"-
-..,... .
..
...
.... t1"("", .... 't
-....... ......
,. 'J
....
-4 .'
-
f"'_
;:""':"
::..
--:. ....:;
'".
..
.!."
1-
"
! '1<'
.!
*"
"C'Ia.
';",,--
::::.;
,.
!-"
: .
:or..;,--:....»
-.
......
-,
."
Jo.
..
.,;.
.- .
.
......
','
-
:
.
....:;,..;.
,
.. t .. s::
r "", .. ='..:
......,... ...'
......
...;
.'м
....
..
.
.;..
.;.=-
....
i" ,
т
.
J(
"
.,
r
1"'
i
"
- 1:-
. J, . (1'
..;: ! r..f.:
. . ....
.
.:!l'
;r
f
'-
,. .
.....
. ..
t"
.'i'
1
"""
1-
о;-
- ..
.
.::
-t-
:-r
...
...;,
l.
..
:::- ....=
"
".:"'''.1' ....,..:.........;.
,
1,
т-
,.
,
.
..!i
-}
, '
;.....-1)r.
'"1:
"f"
'(
:
:-
- "
, . { . . "!:.
--;-..
... .... .........-... .
- . _ \.,, r
...
":)f
- . :-,.
::..=.. ...
," ... :-....
'. ".1. _ L. "
.-' .'" -о:
.- - .." ,. . -. .,I'-
....... ....
...,.:, ; r"i-...,
-, .
.. j;
....;, ....
.,'..' ;" . jI .
, :' , '.'
?'
"'-....:...
. .;:---;
::-""'
О,
.
t.'-
..
: .'
, .i\. _ _ .
.....
")о
.0 _
....
С' о
:.
1i{;
"
"'r' ...
: r:' "
: - :'... .
. ..... ,
',"[ o?
... . i;:
...... ....
.f= _
... ..
. .. ...
,"о
.
."
, , .-
!. ..
... -:6
....
...':""
--
....
.(
1...
.,. .
7J.- - "
,"-"
"'l>-
!' 't-.
.. .....:,..;.
- . (
.....
\.
:J- _ . 1". ' .=
. . t _ . - ". .'
.'0 . .... . "а!'
""':...,: .. '!i .__:
). .... J .
i":; :-" . ...
.>W. '" '"'а
,.10.- у.
;-' >
'ii
1
... "I' :
- . . . .:..
-
"i' :'
, , -._.."
'!I .
- .: '1:
':.;i. .
,"
7-:: .
.:::. '. .<-:.'....... ....
- .:. 6 - i'
...... ...
:..:;. --- -:.:.:'. !'';:
, ; : :::...
."'--
-
.
... . -
": :.: ;-. ...
. 11 _ .-_
.. -
-'.
:-e"
.
- .
.'
3.
-
......
. ""::
-1i< -
.....
;..
01.(
-
Jr'
..
-'!:<
.
...
;..
,
....
...."":t'... ...
.
:, ..
.",,-
.;....
,
.--'=-.
: { .:
... -
. .... .. .
.. .. ..
.
,.- --"", :-.
" ...
):
,
. ....-.... ...
,...
, "
.c.. .""" .
-:- .. .
". '
.'"
.
-;
,., .'
.
..... ...,..
-;.
..
...;:...: :
.: ...:..,..