CC BY
46
Кувшинов Т.Е.*, Мясоедов Ю.В. , Нагорных А.С.*' * - ДВГТУ (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) ** — АмГУ, г. Благовещенск
РАБОТА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН С УРАВНОВЕШЕННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ ПРИ ВНЕШНЕМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ
Дифференциальная защита шин (ДЗШ) предназначена для защиты от токов тех коротких замыканий, которые возникают в зоне действия этой защиты. Указанная зона ограничена выключателями всех линий, подключённых к шинам. Принцип действия ДЗШ заключается в том, что для каждой из двух или трёх фаз трёхфазной системы определяется сумма токов всех линий. Неравенство нулю какой-либо из этих сумм свидетельствует о низком сопротивлении изоляции между шинами или линейными проводами разных фаз. При таком результате исполнительная часть защиты действует на отключение выключателя питающей линии. Как для любой дифференциальной защиты, возможны две схемы выполнения ДЗШ — с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжениями. В России практически всегда используются защиты с циркулирующими токами. При этом для каждой фазы вторичные обмотки трансформаторов тока (ТТ). измеряющие токи всех линейных проводов, включаются параллельно друг другу и обмотке реле тока. Коэффициенты трансформации всех ТТ должны быть одинаковыми [1].
При внешних коротких замыканиях сердечники ТТ, входящие в одну цепь ДЗШ, насыщаются по-разному из-за разброса характеристик ТТ. Вызванный этими погрешностями ток, проходящий через обмотку реле тока, может привести к ложному, без выдержки времени, отключению питающей линии, хотя должна бы сработать с выдержкой времени и отключить точку короткого замыкания другая защита - токовая [2]. Ещё в 40-е годы прошлого века успешно прошла опытную эксплуатацию ДЗШ с уравновешенными напряжениями, в которой в качестве измерительных преобразователей тока использовались устройства, не имеющие ферромагнитного сердечника [3, 4]. Эти устройства, названные авторами такой защиты "linear couplers(линейные ответвители), в соответствии с принятой теперь классификации измерительных преобразователей тока можно отнести к «дифференцирующим индукционным преобразователям тока» (ДППТ). Замечательной особенностью ДИ11Т является то, что их масса в сотни и более раз меньше, чем у ТТ с теми же значениями первичного тока и вторичного напряжения [1, 2]. Как следует из [3, 4], магнитопровод (каркас) этих ДИПТ не содержит сердечника из трансформаторной стали, а число витков вторичной обмотки намного больше, чем у ТТ. с таким же, что и у ДИПТ, значением номинального первичного тока. ДИПТ работает в режиме, близком к холостому ходу. Его можно выводить из цепи защиты и вводить в неё без повреждения в отключаемой вторичной обмотке. Выходной сигнал ДИПТ - напряжение, пропорциональное производной первичного тока. Для всех токопроводов всех линий, присоединённых к шинам, взаимные индуктивности между катушками (вторичными обмотками) ДИПТ и этими токопроводами должны быть одинаковы. Эти особенности таких измерительных преобразователей объясняют, почему катушки ДИПТ соединяют в цепь с уравновешенными напряжениями, как показано схематично на рис. 1, а. При нормальной работе сумма вторичных напряжений должна быть равна нулю, за исключением очень малой погрешности, обусловленной производственными отклонениями размеров катушек ДИПТ и их расположения по отношению к проводникам с измеряемыми токами.
Рис. 1. Дифференциальная защита шин с уравновешенными напряжениями: а -принципиальная схема для одной фазы; б - выходное напряжение выпрямителя трёхфазного измерительного преобразователя ДЗШ с ДИПТ; и(, - относительное значение напряжения, 9 = at, со — угловая частота
Незначительное, до настоящего времени, применение ДИПТ в дифференциальной защите объясняется низкой помехозащищённостью, по сравнению с ТТ, ранее известных конструкций ДИПТ. Исследования, выполненные в ДВГТУ, доказали возможность устранить этот недостаток. ДИПТ, устанавливаемый на вводы в высоковольтное оборудование, предложено выполнять в виде секционированного тороида с большим числом одинаковых секций и малыми одинаковыми промежутками между ними. Тем самым >даётся минимизировать влияние токопроводов соседних фаз, вызванное неравномерностью расположения витков обмотки ДИПТ вдоль её осевой линии. Кроме того, эти секции предложено изготавливать с чётным числом слоев, чтобы ЭДС, наводимые проходящими в окно обмотки ДИПТ магнитными полями мешающих токов в нечётных и чётных слоях, взаимно уничтожались [5].
ДЗШ с уравновешенными напряжениями позволяет использовать не три, а одно дифференциальное реле, которое подключается к цепям, составленным из последовательно включённых катушек ДИПТ, через трёхфазный мостовой выпрямитель. ДИПТ измеряют не ток, а его производную. Поэтому выходное напряжение указанного выпрямителя в первый же момент возникновения короткого замыкания в зоне действия ДЗШ не равно нулю. Оно больше напряжения срабатывания, уровень которого показан на рис. 1, б утолщённой линией. Поэтому сигнал на отключение короткого замыкания формируется без какого-либо запаздывания. Начальное же приращение вторичного тока ТТ при коротком замыкании равно нулю. Этот ток достигает значения тока срабатывания токового реле через время до 0,005 с после возникновения короткого замыкания.
Таким образом, применение ДИПГ в ДЗШ имеет неоспоримые преимущества, по сравнению с ТТ, по массе измерительного преобразователя и последующих каскадов защиты, по точности и быстродействию работы и практически не уступает ДЗШ с ТТ по помехозащищённости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991. -496 с.
2. Казанский В. Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. - М.: Знергоатомиздат, 1988. -288 с.
3. ''Linear Couplers for Bus Protection," by E. L. Harder, E. H. Klemmer, W. K. Sonnemann, and E. C. Wentz, A1EE Tram., 61 (1942), pp. 241-248. Discussions, p. 463.
4. "'A New Single-Phase-to-Ground Fault-Detecting Relay," by W. K. Sonnemann, AIEE Tram . 61 (1942), pp. 677—680. Discussions, pp. 995-996.
5. Кувшинов Г.Е., Мясоедов Ю.В., Нагорных A.C. Дифференциальная защита шин с уравновешенными напряжениями // Сборник трудов пятой Всероссийской конференции с международным участием «Энергетика: Управление, качество и эффективность использования энергоресурсов». - Благовещенск: АмГУ. 2008. - С. 269-271.
