Для отстройки от токов небаланса при внешних КЗ ПДЗ выполняются с торможением. Чаще других на практике применяются два способа торможения: пропорционально току своего конца линии и пропорционально арифметической сумме токов всех концов линии.
Для двухконцевой линии оба способа равноценны, так как токи, проходящие по концам короткой линии при внешнем КЗ, равны по значению. При наличии же хотя бы одного ответвления при внешнем КЗ. возможен и такой режим, когда ток на каком-либо конце равен или близок нулю. При торможении по первому способу комплект защиты, находящейся на конце линии, где проходит малый ток, может сработать неселективно под влиянием небаланса. Торможение, пропорциональное арифметической сумме токов всех концов, обеспечивает независимость поведения комплектов защиты от распределения тока.
Несмотря на явное преимущество второго способа торможения, применение его в ПДЗ линий связано с большими трудностями. Практическая его реализация приводит к схеме с трехпроводной ЛС, что удорожает защиту. Кроме того, выполнение автоматического быстродействующего контроля трехпроводной ЛС является сложной проблемой. Отсутствие же быстродействующего контроля, как известно, не позволяет выбирать ток срабатывания защиты меньше номинального рабочего тока линии с учетом возможной перегрузки.
Другим методом, предотвращающим неселективное действие защиты при внешних КЗ, может быть применение блокировки. При этом защита выполняется с торможением, пропорциональным току конца линии, на котором установлен комплект, а ЛС имеет два провода. Торможение должно регулироваться так, чтобы при внешних КЗ надежно не срабатывал только комплект, находящийся на конце, где протекает наибольший ток.
Блокировку удобнее и проще осуществлять через устройство контроля исправности проводов ЛС. Комплект защиты, находящийся на конце линии, через который при внешнем КЗ протекает суммарный ток, надежно тормозится током своего конца точно так же, как это происходит и в защите двухконцевой линии. Несрабатывание этого комплекта является сигналом для приведения в действие блокировки: на данном конце линии искусственно разрывается цепь тока контроля, срабатывают на всех концах устройства контроля и выводят из действия свои комплекты защиты. Наиболее простым методом является выбор тока срабатывания блокировки таким, чтобы она не действовала в нормальном рабочем режиме линии и не выводила тем самым из действия устройство контроля ЛС. Действие ее разрешается только в том случае, если ток превышает номинальное значение с учетом возможной перегрузки.
С точки зрения коэффициентов чувствительности и надежности такая защита несколько уступает защите с торможением, пропорциональным арифметической сумме токов, но явными преимуществами ее являются меньшая стоимость и относительная простота выполнения контроля исправности ЛС.
Принципиальная особенность ПДЗ линий с ответвлениями заключается в линейности характеристик при внешних КЗ, а это значит, что коэффициент торможения с увеличением тока КЗ не меняется. По значению же этот коэффициент должен быть таким, чтобы обеспечивалось, с одной стороны, надежное несрабатывание защиты при внешних КЗ с наибольшим небалансом и, с другой стороны, четкое срабатывание при повреждении в зоне в режиме одностороннего питания (наиболее неблагоприятный режим).
Запасы защиты по чувствительности и селективности определяются значением рабочего и тормозного напряжений, подаваемых на схему сравнения в соответствующем
режиме. Введем коэффициенты
(5.23)
где kч(1), Uр(1) и Uт(1) — соответственно коэффициент чувствительности, рабочее и тормозное напряжения при внутреннем КЗ в режиме одностороннего питания; kн, Uр.вн и Uт.вн — соответственно коэффициент надежности, рабочее и тормозное напряжения в режиме внешнего КЗ.
Чувствительность и селективность защиты можно охарактеризовать произведением
(5.24)
Это произведение является важным параметром защиты. Оно не зависит от коэффициентов, вводимых в Up и Uт, и, следовательно, не зависит от настройки защиты. Один из коэффициентов kч(1) или kн может выбираться по желанию. Произведение же их является для данной защиты величиной постоянной. Каждая схема защиты имеет свое значение kч(1)kн, которое зависит от длины ЛС и небаланса. Чем больше длина ЛС и чем больше небаланс, тем это произведение меньше.
Максимальная длина ЛС является обычно величиной заданной. Увеличить произведение kч(1)kн можно только за счет уменьшения тока небаланса, который определяется полным сопротивлением проводов ЛС, а также погрешностью ТТ и формирующих устройств защиты. Смещением окружности — характеристики срабатывания дифференциального реле на комплексной плоскости сопротивлений— можно исключить (компенсировать) составляющую тока небаланса, вносимую влиянием сопротивления проводов ЛС. Произведение kч(1)kн при этом значительно увеличивается. Такая компенсация в защитах с линейными характеристиками крайне желательна. Возможность уменьшения небаланса, остающегося после компенсации влияния ЛС, ограничена. В крайнем случае за счет точности изготовления можно исключить погрешность элементов защиты. Небаланс же, определяемый погрешностью ТТ, остается.
Практически максимальная погрешность принимается равной ±20% по абсолютному значению или ±25° по углу. Проведенный расчет подтверждает, что эти величины можно принимать за основу при расчетах.
Рис. 5.14. Зависимость произведения kч(1)kн от длины ЛС: 1 — защита с компенсацией и торможением арифметической суммой токов; 2 — защита с компенсацией и торможением током своего конца; 3 — защиты без компенсации с торможением током своего конца
Следует, однако, учитывать и то, что в отдельных случаях погрешность как по абсолютному значению, так и по углу может быть и больше.
Рис. 5.15. Принципиальные схемы защиты:
На рис. 5.14 показана зависимость произведения kч(1)kн от длины ЛС в трех схемах защиты с циркулирующими токами с линейными характеристиками для трехконцевой линии.
Рис. 5.16. Зависимости U/Eф=f(l):
1—напряжение небаланса при внешнем КЗ с наиболее неблагоприятной погрешностью (Ε1= 0,8е+j25 , E2=E3= —0,5 отн. ед.); 2 —тормозное напряжение в том же режиме; 3 — рабочее напряжение в режиме одностороннего питания; 4— тормозное напряжение в том же режиме
Рис. 5.17. Зависимости U/E<b=f(l):
1 — напряжение небаланса при внешнем КЗ без погрешности; 2 — напряжение небаланса при внешнем КЗ с наиболее неблагоприятной погрешностью (Е1=
= 1,2 е+j25°, E2=E3=—0,5 отн. ед); 3—тормозное напряжение в том же режиме; 4 — рабочее напряжение на питающем конце в режиме одностороннего питания; 5— тормозное напряжение в том же режиме; 6 — рабочее напряжение на приемном конце в том же режиме
Для каждой схемы при внешнем КЗ выбрано худшее из четырех возможных сочетаний погрешностей ±20%±25°. Для сопоставимости схем с компенсацией и без нее параметры схемы без компенсации выбраны такими, чтобы рабочее напряжение Up на комплекте приемного конца в режиме одностороннего питания было при одинаковой ЭДС фильтра Eф равно напряжению Up в схеме с компенсацией (в схеме с компенсацией рабочее напряжение в режиме одностороннего питания одинаково для всех комплектов защиты). Линия связи выполнена кабелем с удельными параметрами R0=70 Ом/км, С=0,05 мкФ/км. Принципиальные схемы защиты приведены на рис. 5.15. В схеме с торможением, пропорциональным арифметической сумме токов, тормозной ток замеряется в точке 1, а в схеме с торможением, пропорциональным току своего конца, — в точке 2 (наилучшие условия).
Из сравнения графиков на рис. 5.14 видно, что по селективности и чувствительности защита с торможением, пропорциональным арифметической сумме токов, находится вне конкуренции. Защита с компенсацией и торможением, пропорциональным току своего конца линии, также имеет неплохие коэффициенты. Худшие коэффициенты имеет защита с характеристикой, центр которой находится в начале координат (без компенсации), и торможением, пропорциональным току своего конца. Это еще раз подтверждает необходимость исключения составляющей небаланса, вносимой влиянием ЛС в защите с линейными характеристиками.
На рис. 5.16 и 5.17 показана зависимость рабочего и тормозного напряжений для защит с компенсацией и без компенсации соответственно по схемам рис. 5.15 с торможением, пропорциональным току своего конца линии при такой настройке торможения. Графики на рис. 5.14 и 5.16 показывают, что при компенсации влияния ЛС комплект защиты, находящийся на конце линии, обтекаемом наибольшим током, работает при внешнем КЗ достаточно надежно при длине ЛС каждого из трех концов 10 км). Это значит, что защиту с блокировкой, приводимой в действие этим комплектом, выполнить можно.