Направленная токовая защита принцип действия

Необходимость применения направленных токовых защит возникает в сетях с двухсторонним питанием линий. Применение простых токовых защит в этом случае не может обеспечить правильной работы устройств РЗА, так как токи КЗ (короткого замыкания) могут иметь различное направление относительно шин подстанций.

Направленной называется защита, действующая только при определённом направлении токов к.з.

Очерёдность срабатывания РЗ определяется ступенями.

Принципы выполнения селективной защиты в сетях с двустороннимпитаением:

1.Защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой линии и действовать при направлении мощности от шин в линии.

2.Выдержка времени на защитах работающих при одном направлении мощности (от G1 или от G2) должны согласоваться м/д собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания.

При КЗ в точках К1 и К2 через защиту 5 проходит ток I_К1, I_К2 в различных направлениях (рис. 7.1.2)

При КЗ в точке К1 мощность направлена от шин в линию, а при КЗ в точке К2 мощность направлена от линии к шинам. Направление мощности КЗ, проходящей по линии, характеризует, где возникло повреждение: на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.

Простая токовая защита действует как при КЗ на защищаемой линии, так и при КЗ на других присоединениях, отходящих от шин подстанции, поэтому добиться селективной работы при КЗ в сетях с двусторонним питанием от МТЗ, как правило, невозможно.

При КЗ в точке К1 t5 t6 требования невозможно

Избирательную работу защит в этом случае обеспечивает орган направления мощности, который сравнивает фазу напряжения и тока КЗ. Направление тока от шин в линию считается условно положительным, в этом случае реле мощности разрешает отключать контролируемый участок.

Направление из линии в шины считается условно отрицательным, происходит пуск защит, но команда не реализуется, поскольку реле мощности не работает на отключение.

Так как направленная защита должна реагировать не только на величину, но и на направление тока КЗ, применяют реле мощности включаемое по приведенной ниже схеме.

Токовое реле Т (типа РТ) реагирует на возрастание тока в сети. Реле мощности М является органом контролирующим направление мощности при КЗ в сети. Момент срабатывания реле мощности напрямую зависит от мощности Sp, подведенной к зажимам реле:Sp=UpIpsin(α–φp)

Токовые направленные защиты применяются в сетях до 35 кВ; свыше 110 в релейной защите.

При коротком замыкании на защищаемой линии токовое реле и реле направления мощности замыкают свои контакты, подают сигнал на реле времени. Через заданную выдержку времени, если контакты Т или М не вернулись в исходное состояние, защита подает импульс на катушку отключения выключателя.

Для обеспечения селективности, защит действующих в одном направлении, токи срабатывания должны нарастать при обходе защит против их направленности.

Время их срабатывания в разветвленных сетях выбирается по ступенчатому принципу для устройств, работающих в одном направлении, как показано на рисунке.

К основным недостаткам данных защит можно отнести:

1. Большие выдержки времени вблизи источников питания;

2. Сложность согласования защиты в сетях с большими нагрузками и небольшими по кратности токами КЗ;

3. Наличие мертвой зоны при трехфазных замыканиях;

4. Необходимость постоянного контроля цепей напряжения питающих реле мощности.

В основном, направленные защиты применяются в качестве основной в сетях до 35 кВ. В сетях 110–220 кВ применяется в качестве резервной, иногда в сочетании с токовой отсечкой применяется как основная защита.

Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 21 ; Нарушение авторских прав

Токовыми направленными защитами называются защиты, реагирующие на значение тока и направление (знак) мощности к. з. в месте их включения.

Защита приходит в действие при соблюдении двух условий: ток превышает заданное значение (ток срабатывания); знак мощности к. з. соответствует к. з. в защищаемом направлении.

Защита относится к классу защит с относительной селективностью. Орган, определяющий знак мощности к. з., на­зывается реле направления мощности.

Кроме измерительного органа (реле тока), органа направления мощности защита, как правило, имеет орган выдержки времени.

Токовые направленные защиты, как и ненаправленные выполняются обычно с несколькими ступенями. В качестве резервных (третьих) ступеней направленных защит при­меняются максимальные направленные токовые защиты. Первые и вторые ступени представляют собой токовые отсечки без выдержки и с выдержкой времени, включаемые на полные токи фаз и дополненные органом направления мощности.

1. Применение органа направления мощности позволяет обеспечить селективность токовых защит в кольцевых сетях с одним источником питания и в радиальных сетях с любым числом источников питания.

При наличии органа направления мощности можно увеличить защитоспособность первых и вторых ступеней. Селективность этих ступеней обеспечивается в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

2. Защита проста по исполнению, а поэтому надежна. Однако наличие мертвой зоны, а также возможность неправильного выбора направления мощности при нарушениях в цепях напряжения, питающих реле направления мощности, снижает надежность токовой направленной защиты от междуфазных к. з.

10. Схемы включения реле направленной мощности.

Под схемой включения реле направления мощности (РМ) подразумевается сочетание входных величин, т. е. и . Схема включения РМ должна обеспечивать:

правильную фиксацию направления мощности к. з. при всех повреждениях, на которые защита должна реагировать;

возможно большее значение мощности на входе реле при к. з. для повышения чувствительности и надежности действия защиты.

В токовых направленных защитах линий от междуфазных к. з. наибольшее распространение получила 90-градусиая схема включения РМ.

Схема называется по значению угла между током и напряжением, подводимыми к реле в нормальном симметричном режиме, когда векторы напряжений и токов одноименных фаз совпадают. При этом фазовый сдвиг

Сочетание фазных токов и междуфазиых напряжений, подводимых к РМ при их включении по 90-градусиой схеме:;;.

Применительно к защите от многофазных к. з. наиболее целесообразным значением внутреннего угла является =30-45°.

Недостатком 90-градусиой схемы включения РМ (как и всех других схем) является наличие мертвой зоны защиты при металлическом трехфазном к., з. вблизи места установки защиты, так как напряжение, подводимое к реле, в этом случае близко к нулю. Однако если учесть малую вероятность возникновения такого повреждения, а также то обстоятельство, что мертвая зона направленной защиты перекрывается, как правило, зоной действия ненаправленной токовой отсечки, указанный недостаток не является существенным.

Одним из признаков возникновения КЗ является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения (I_CЗ). В качестве реле, реагирующих на возр-астание тока служат максимальные токовые реле. Токовые защиты подразд-еляются на МТЗ и ТО.

Направленная МТЗ отличается от ненаправленной наличием в схеме реле направления мощности (реле мощности). Реле мощности – такие реле, кото-рые замыкают свои контакты при положительном направлении мощности и размыкают при обратном. Положительное направление – от сборных шин к линии. В схеме направленных защит контакты реле мощности включаются последовательно с контактами токовых реле, т.е. защита срабатывает только при одновременном замыкании этих контактов.

Необходимость направленной защиты возникла для сетей радиальных с 2-х сторонним питанием и кольцевых с односторонним, где обычные защиты не обеспечивают требуемой селективности.

Рассмотрим обычную радиальную сеть с 2-х сторонним питанием:

Рис.1. Встречно-ступенчатый принцип выбора выдержек времени НМТЗ.

Если А1-А6 – МТЗ. Случай 1: КЗ в т. К1 t₂ t₃ (А3 – сработает раньше);=> селективность не обеспечивается, т.к. два взаимоисключающих условия.

Если А1-А6 – НМТЗ (от шин к линии). Стрелками указано направление мо-щности, при котором органы направления мощности разрешают защитам срабатывать. С учетом этого защиты объединены в две группы: А2, А4, А6 и А5, АЗ, А1. В пределах каждой группы выдержки времени выбираются, как у максимальной токовой защиты, по ступенчатому принципу. Минимальную выдержку времени имеют защиты А2 и А5. Они отстраиваются по времени от защит других присоединений соответственно подстанций А и Г. В кажд-ой группе защит выдержка времени увеличивается по мере приближения к источникам питания на величину Dt (ступень селективности). На рис.1пост-роены характеристики максимальных токовых направленных защит с незав-исимой выдержкой времени. Принято считать, что выдержки времени макс-имальных токовых направленных защит выбираются по встречно-ступенч-атому принципу.

Селективность не нарушается, если некоторые защиты выполнить без органа направления мощности. В действительности нет необходимости сн-абжать органом направления мощности защиту А3, так как в рассматривае-мом случае она отстроена от защиты А2 по времени. По такой же причине без органа направления мощности можно выполнить защиты А4, А1 и А6.

В общем случае при наличии на подстанции нескольких присоединений защита, имеющая наибольшую выдержку времени, может не иметь органа направления мощности, так как селективность ее действия при коротких замыканиях на других присоединениях обеспечивается выдержкой времени.

Для кольцевой схемы – тоже самое, при ее разворачивании.

При трехфазных КЗ вблизи шин подстанции, где установлена НМТЗ, напря-жение на шинах п/с понижается до нуля или значения, близкого к нулю. Вс-ледствие этого мощность на реле направления мощности оказывается недос-таточной для действия реле и защита отказывает. Участок линии, в пределах которого при трехфазных КЗ защита не действует из-за недостаточного зна-чения напряжения, называется «мертвой зоной». Наличие «мертвой зоны» является недостатком НМТЗ.

1. Защита должна возвращаться в исходное состояние после откл. внешн-его КЗ и протекания максимального тока нагрузки с учетом самозапуска ЭД.

k_ОТС – учитывает погрешность ТА, реле и погрешность расчета тока КЗ.

2. Защита не должна срабатывать при максимальном токе нагрузки, при срабатывании АПВ после отключения при КЗ.

3. Реле тока не должно срабатывать в неполнофазном режиме, т.е. при обры-ве 1-го провода. I_СЗ НМТЗ =k_ОТС· I_{Н.Ф.МАКС}

4. Реле тока не должно срабатывать от тока неповрежденных фаз при несимметричных КЗ. В этом случае поведение реле мощности не определено, поскольку ток I_Н.Ф зависит от режима КЗ и от режима нагрузки и в общем случае может не совпадать по направлению с током КЗ. При этом возможно отключение неповрежденной линии как и в неполнофазном режиме. I_СЗ НМТЗ =k_ОТС· I_{Н.Ф.МАКС}

Из всех полученных токов I_СЗ НМТЗ выбираем больший. Приведем I_СЗ НМТЗ к вторичной стороне: I_СР НМТЗ = I_СЗ НМТЗ ·k_СХ/n_A; n_A – коэф. трансформации, k_СХ – коэф. схемы.

Схемы максимальных направленных защит.

Схемы весьма многообразны и отличаются в основном: типом пускового ор-гана, который может выполняться токовыми реле (рис. 7.4) или токовыми реле с блокировкой минимального напряжения (рис. 7.5); типом органа нап-равления мощности, который может выполняться с помощью трехфазных (рис. 7.4) или однофазных (рис. 7.5) реле направления мощности; способом подвода напряжения к реле направления мощности (постоянно или в момент возникновения повреждения); наличием или отсутствием выдержки време-ни; трехфазным (рис. 7.4) или двухфазным (рис. 7.6) исполнением; операти-вным током — постоянным (рис. 7.4 и 7.5) или переменным (рис. 7.6); схем-ой включения органа направления мощности.

Под схемой включения реле направления мощности понимается сочетан-ие фаз тока и напряжения, подводимых к реле (это сочетание не может быть произвольным). Реле направления мощности должно

правильно определять направление мощности при КЗ в сети, где установле-на зашита. При этом нет необходимости, чтобы реле направления мощности правильно измеряло значение мощности. Наоборот, чем большую мощность будет замерять реле в момент КЗ, тем надежнее оно будет действовать, тем -меньше будет «мертвая зона» защиты.

Схемы включения реле направления мощности предусматривают включе-ние их па разноименные фазы тока и напряжения в таких сочетаниях, котор-ые обеспечивают в условиях КЗ правильное определение направления мощ-ности и измерение реле возможно большего значения мощности. Наибольшее распространение получили две схемы; 30 — градусная (рис. 7.4) и 90 – градусная (рис. 7-5).