На рис. 5.4 показана эквивалентная схема защиты с циркулирующими токами. На всех концах защищаемой линии устанавливаются комплекты защиты, в которые вводятся ЭДС Ε1, Е2, Е3, Е4, пропорциональные токам, соответствующих ее концов, т. е.
или
Коэффициенты могут быть в общем случае неодинаковыми. Каждый комплект защиты представлен на рис. 5.4 четырехполюсником с коэффициентами Ат, Вт , Ст', Dm. Выходы этих четырехполюсников соединены линиями связи в общую точку. Участки линий связи от места установки комплектов защиты до общей точки можно, в свою очередь, также заменить четырехполюсниками. Два четырехполюсника — эквивалентный комплекту защиты и эквивалентный соответствующему участку ЛС — соединены последовательно и их можно объединить. Схема примет вид, показанный на рис. 5.5.
Рис. 5.4. Продольная дифференциальная защита многоконцевой линии по схеме с циркулирующими токами:
а— принципиальная схема многоконцевой линии; б — эквивалентная схема защиты с циркулирующими токами
Рис. 5.5. Преобразование эквивалентной схемы защиты с циркулирующими токами
В последней схеме Ат, Вт, Cm, Dm — коэффициенты результирующих четырехполюсников; т= 1, 2, 3, ..., n — номер четырехполюсника. Для каждого результирующего четырехполюсника можно написать зависимость ЭДС на входе от напряжения и тока на выходе:
(5.2)
Напряжение на выходе
для всех четырехполюсников общее. Сумма токов на выходе четырехполюсников
или
(5.3)
Разделив (5.2) на Вт и суммируя их от т= 1 до т=п с учетом (5.3), получим
Рис. 5.6. Эквивалентная схема ПДЗ многоконцевой линии с уравновешенными напряжениями
Рис. 5.7. Преобразование эквивалентной схемы защиты с уравновешенными напряжениями
Повторяя рассуждения о влиянии на один комплект защиты всех остальных, сделанные для схемы с циркулирующими токами, приходим к выводу о необходимости равенства коэффициентов при токах 1m в выражении (5.13), т. е.
(5.14)
Определив из (5.14)
и подставив эти значения в (5.1) и (5.13), получим (5.15)
(5.16)
Из (5.16) следует, что при принятых условиях ток равен нулю при внешних КЗ и пропорционален суммарному току КЗ при повреждениях в зоне защиты.
Как следует из равенств (5.8) и (5.15), ЭДС отдельных комплектов защиты должны быть пропорциональны параметрам В (для схемы с циркулирующими токами) или параметрам А (для схемы с уравновешенными напряжениями) соответствующих четырехполюсников. Для правильного функционирования защиты при произвольном распределении тока внешнего КЗ между концами линии ЭДС всех комплектов при равных токах должны быть одинаковыми, т. е. должны быть адекватными зависимости Em=f(Im)· Для этого параметры В или А необходимо сделать одинаковыми. Для обеспечения этого условия в комплектах защиты должны быть предусмотрены соответствующие регулировки.
В случае двухконцевой линии равенство параметров В или А выполняется автоматически без всякой регулировки. Режим внешнего КЗ для схемы с циркулирующими токами эквивалентен режиму замыкания проводов в середине ДС, а режим КЗ в зоне защиты с равными токами по концам — их обрыву в середине линии связи [21]. Для схемы с уравновешенными напряжениями эквивалентные режимы меняются местами. Поэтому для двухконцевой линии требуется только идентичность характеристик Ет=f(Im) самих комплектов защиты без учета проводов ЛС. При выравнивании параметров В и А результирующих
четырехполюсников возможность сопоставления режимов внешнего и внутреннего КЗ с режимами замыкания или обрыва проводов в месте разветвления ЛС распространяется и на многоконцевые линии. При этом, так как характеристики комплектов защиты получаются одинаковыми в процессе их изготовления и настройки, выравнивать требуется лишь параметры четырехполюсников ЛС.
Требования к линейности характеристик. Добиться даже приблизительной идентичности нелинейных характеристик km=f(Im) практически трудно. Но если бы даже это удалось, то и тогда коэффициенты km в случае многоконцевой линии были бы разными для всех концов и зависели бы от распределения тока, поэтому селективность защиты во всех случаях внешних КЗ при этом обеспечить невозможно. Следовательно, характеристики защиты должны быть линейными, что сразу влечет за собой увеличение напряжения между проводами ЛС.
Рис. 5.8. Защита с линейными характеристиками при внешних КЗ
а — фрагмент принципиальной схемы; б — характеристики при внешнем КЗ (1) и КЗ в зоне (2)
Можно сделать коэффициент k таким, что при максимально возможном токе КЗ это напряжение не превзойдет значения, предельного для кабеля данного типа. По условию линейности ЭДС на выходе комплекта защиты будет снижаться при этом пропорционально току. Защита должна действовать при заданных (часто достаточно малых) токах. Если ток срабатывания защиты меньше максимального в пк раз, то и ЭДС, достаточная для срабатывания, должна быть меньше максимальной в пк раз.
Современная техника позволяет выполнить защиту высокой чувствительности, т. е. реагирующую на малое значение ЭДС и напряжения на ЛС. Но такая чувствительная защита может подействовать ложно под влиянием помех, в частности под влиянием ЭДС, наводимых в проводах ЛС как со стороны защищаемой линии, так и линий, проходящих вблизи трассы кабеля связи, при КЗ на них, связанных с землей (подробнее об этом сказано выше). Отметим, что линейность характеристик обязательна лишь при внешних КЗ. При КЗ в зоне линейность не обязательна. С этой точки зрения интерес представляет защита с циркулирующими токами, у которой напряжение на проводах ЛС максимально при КЗ в зоне и его можно ограничить значением, равным наибольшему напряжению при внешнем КЗ. Фрагмент принципиальной схемы и характеристики такой защиты показаны на рис. 5.8. Для защиты с уравновешенными напряжениями напряжение между проводами максимально при внешнем КЗ, и при том же допустимом значении его получается меньшая чувствительность по току срабатывания.