Глава седьмая
СХЕМЫ ПРОДОЛЬНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
- Продольные дифференциальные токовые защиты
Продольная дифференциальная токовая защита типа ДЗЛ-2 основана на принципе циркуляции токов и предназначена для использования в качестве основной при всех видах КЗ двухконцевых линий протяженностью 20 км в сетях с большими и малыми токами замыкания на землю.
Рис. 7.1. Принципиальная схема ПДТЗ типа ДЗЛ-2
Принципиальная схема защиты представлена на рис. 7.1. Комбинированный фильтр симметричных составляющих тока имеет коэффициент фильтра, что обеспечивает более высокую чувствительность защиты при междуфазных повреждениях по сравнению с фильтром, у которого k>0. Последний был использован в ПДЗ типа РДЛ и НСВ. Отметим, что КФСС с k>0 обеспечивает более высокую чувствительность при однофазных КЗ. Регулирование коэффициента k в защите осуществлено таким образом, что полное сопротивление холостого хода Ζхф, определенное со стороны вторичных зажимов КФСС, остается неизменным при любых значениях k, что позволяет сохранить согласование сопротивлений фильтра и остальной части защиты во всех случаях.
Промежуточный трансформатор 1TL1 служит для согласования низкоомного сопротивления Ζхф=2,1ej56° Ом с сопротивлением остальной части схемы и получения напряжения, необходимого для работы газонаполненных стабилизаторов напряжения типа СГ4С.
Стабилизаторы напряжения (СН) TSV1 и TSV2 обеспечивают ограничение напряжения при больших кратностях тока КЗ. При отсутствии стабилизаторов напряжение на ЛС между жилами достигает 400 В, что нежелательно по условию обеспечения надежной работы кабеля ЛС и, кроме того, что особенно важно, СН повышают селективность ПДЗ, так как после начала их работы, как отмечалось выше, защита переходит на сравнение фаз токов по концам линии.
Дифференциальные реле 1KAW. В защите использовано поляризованное реле типа РП-7, которое обладает высокой чувствительностью и быстродействием, мощность его срабатывания менее 5-10-3 Вт. Реле имеет две обмотки — рабочую и тормозную. К схеме защиты обмотки реле 1KAW подключены через выпрямительные госты 1VS1, 1VS2. Параметры обмоток: Rр=1250 Ом,
ωp= 11 000 В (рабочая); Rт=80 Ом, ωт= 1400 В (тормозная). Коэффициент торможения реле 1KAW kт= =ωт/ωр=0,127.
В процессе разработки защиты экспериментально было установлено, что характеристики защиты улучшаются, если параллельно рабочей обмотке реле 1KAWp подключить сглаживающий конденсатор 1С1. При выборе величины 1С1 учитывалось два противоречивых требования: необходимость согласования действий реле 1KAW и 1КА2 при повреждении ЛС. Это требование удовлетворяется, если 1С1≥6 мкФ, а также если отсутствуют неправильные действия при внешних КЗ за счет разряда емкости на рабочую обмотку. При этом, как было установлено экспериментально, емкость конденсатора 1С1 должна быть меньше 4 мкФ.
Исходя из этого было принято решение разделить конденсатор 1С1 на два: 1С1 емкостью 4 мкФ, который подключается непосредственно к выводам 1KAWP, и 1С3 емкостью 2 мкФ, подключенный через разделительный диод 1VD. Для разряда 1СЗ предусмотрен резистор 1R5 сопротивлением 15 кОм.
Выходное промежуточное реле 1KL выполнено на основе реле типа РП-210 и имеет две обмотки напряжения и две обмотки тока. Обмотки напряжения имеют одинаковое число витков ω=4000. Одна из них является рабочей, другая — тормозной, последовательно с которой включен конденсатор 1С4 (30 мкФ). Такое исполнение реле позволяет получить выдержку времени до 60 мс, что необходимо для исключения срабатывания реле при подаче импульса тока продолжительностью 20—35 мс. Эти импульсы могут появляться при повреждении ЛС при несогласованной работе 1KAW и 1КА2.
Реле тока 8КА предотвращает ложную работу защиты при многократной работе разрядников. В этих режимах за счет заряда конденсатора 1С4 могло бы произойти ненужное срабатывание. Контакты 8КА переключают обкладки конденсатора 1С4, обеспечивая его перезаряд.
Конденсатор 3С2, включенный параллельно первичной обмотке 3TAL, повышает стабильность характеристик защиты при изменении длины ЛС.
Конденсатор 1С5 емкостью 200 мкФ устраняет случайные срабатывания сигнального реле за счет кратковременного возврата 1КА2 в начале или конце внешнего КЗ, а также при вибрации реле 1КА2, которое наблюдается при больших токах внешних КЗ.
Устройство контроля ЛС типа УК-1 осуществляет функции контроля обрыва и состояния изоляции между проводами, а также цепи провод — земля. Устройство устанавливается лишь на одном конце линии.
В основу УК-1 положен принцип циркуляции постоянного тока по ЛС. Разделение цепей постоянного тока контроля и переменного тока защиты осуществляется с помощью конденсатора 3С1 (10 мкФ), установленного в корпусе изолирующего трансформатора 3TAL. Реле контроля 1КА2 (поляризованное реле типа РП-7) установлено в корпусе реле типа ДЗЛ-1. При обрыве проводов ЛС реле 1КА2, возвращаясь, разрывает цепь выходного реле 1KL. Наличие разделительной емкости 3С увеличивает время возврата 1КА2, что нежелательно. Для ускорения возврата у реле контроля предусмотрена тормозная обмотка 1КА2Т, которая повышает коэффициент возврата реле.
Ток контроля выбирали исходя из обеспечения надежной (без вибрации) работы реле 1КА2 при максимальных токах КЗ в защищаемой зоне, а также исходя из исключения неправильной работы реле 1KAW при скачкообразном исчезновении тока контроля (при обрыве проводов) .
Экспериментально было установлено, что оптимальное значение тока контроля 1к= 5,5 мА.
С целью обеспечения постоянства тока контроля питание УК осуществляется через феррорезонансный стабилизатор напряжения (2TVL, 2С1), который при колебаниях напряжения питания в пределах 20 % обеспечивает изменение тока не более чем на ±10%.
Конденсатор 2С2 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и удержания реле 1КА2 на время 1—3 с в сработавшем положении при понижении напряжения во время КЗ.
Поскольку защита выполнена на основе принципа циркуляции токов, то замыкание между жилами кабеля ЛС не приводит к ложной работе защиты, а наоборот, приводит к ее загрублению, что может привести к отказу защиты при КЗ в защищаемой зоне. Сигнализация о снижении уровня изоляции осуществляется с помощью реле 1КА2, установленного на конце линии, где отсутствует УК-1.
В защите предусмотрен автоматический (с помощью реле 2КА1) и периодический (с помощью микроамперметра) контроль состояния защиты проводов ЛС относительно земли. От специальной обмотки 2TVL после выпрямления и сглаживания (2VD1 и 2С3) осуществляется питание цепей контроля. Один конец обмотки через дроссель 2L присоединен к земле. При снижении изоляции через землю протекает ток, который приводит к срабатыванию реле и появлению сигнала «земля».
Параметры схемы выбраны с таким расчетом, чтобы срабатывание реле 2КА1 происходило при снижении изоляции до 20 кОм. При нажатии кнопки 2SB2 микроамперметр фиксирует значение тока контроля.
Для ограничения влияния потенциалов на заземляющем контуре на работу УК в схеме предусмотрен дроссель 2L, полное сопротивление которого переменному току (f=50 Гц) равно примерно 500 кОм. Для защиты от постоянных потенциалов установлен диод 2VD2.
Кабели линии связи. Защита предназначена для работы с телефонными кабелями типа ТЗБ, ТЗСБ, ТБ. Лучшие результаты достигаются при использовании кабелей ТЗБ и ТЗСБ. Параметры кабелей приведены в [7].
Подробно технические параметры защиты описаны в [7]. Отметим лишь наиболее важные из них:
- Защита обеспечивает надежное и селективное действие при КЗ в защищаемой зоне в диапазоне изменения вторичных токов Iс.з≤I≤40Iном при параметрах ЛС: Rлс≤1400 Ом, Cлс≤1x10-6Ф.
- При повреждении вне защищаемой зоны защита селективна во всем диапазоне изменения параметров ЛС и токов КЗ, если токи по концам защищаемой зоны не различаются более чем на 20 %, а фазы находятся в пределах 180° ±25°.
- Чувствительность защиты зависит от вида КЗ, длины ЛС и коэффициента фильтра |k|=4x10, а также режима питания линии (одностороннее или двухстороннее).
Наивысшая чувствительность имеет место при КЗ фаз Л и С, минимальная — при КЗ ВО и трехфазном (АВС). При изменении длины ЛС в пределах 0—10 км чувствительность практически постоянна (изменяется не более чем на 10%). Если l>10 км (до 20 км), то чувствительность защиты ухудшается не более чем в 1,5 раза. Токи срабатывания в режиме одностороннего питания в 2 раза выше, чем при двухстороннем питании ВЛ.
Для примера приведем значения токов срабатывания защиты при одностороннем питании и l≤10 км: при
k=—4 Iс.зАС=1,31 А; Iс.зВО=Iс.зАС=3,8 А; при k= ——10 Iс.зВО= 1,8 А; Iс.зВО=3,8 А; Iс.зВО=11,5 А.
Таким образом, при двухстороннем питании ток срабатывания ПДЗ Iс.з<Iном, за исключением трехфазного тока КЗ при k=—10.
Защита имеет две регулировки тока срабатывания:
а) с помощью изменения коэффициента h. При этом имеет место одновременное пропорциональное изменение тока срабатывания по току прямой и обратной последовательностей;
б) регулировку, характеризуемую коэффициентом k, дающую изменение тока срабатывания лишь по току прямой последовательности.
Коэффициенты k и h могут регулироваться: h= 1; 1,5; 2; k=—4; —6; —8; —10.
При токе нагрузки, равном номинальному вторичному току ТТ, в режиме одностороннего питания ток срабатывания увеличивается не более чем в 2,5 раза при к≤—6. При k=—4 такое загрубление не гарантируется.
- Время действия защиты без выходного промежуточного реле при I≥5Iс.з не превышает 0,04 с. Выходное промежуточное реле имеет время срабатывания 0,008—0,01 с при отключенной тормозной обмотке и 0,05—0,07 с при включенной тормозной обмотке.
- Устройство типа УК-1 надежно блокирует защиту при четном обрыве. УК действует на сигнал при снижении сопротивления изоляции проводов ЛС до 20 кОм и ниже.
- Максимальное значение напряжения на проводах ЛС не превышает 100 В.
- Масса комплектов, входящих в защиту: КДР типа ДЗЛ-2 — 12 кг, УК-1-4,5 кг, ТИ-1-9 кг.
- Защита предназначена для установки в закрытом помещении при температуре окружающей среды —20 °С≤0≤40 °С, и относительной влажности до 80 % в общепромышленном и до 95 % в тропическом исполнении.
Защита серийно выпускается Чебоксарским электроаппаратным заводом.