§ 70. Дистанционная и высокочастотная защиты электрических сетей
Дистанционная защита применяется в основном для сложных разветвленных сетей. Эта защита по сравнению с максимальной токовой защитой позволяет уменьшить время отключения поврежденного участка и повысить чувствительность защиты.
Рис. 70-1. Схема распределения напряжения в радиальной сети при коротком замыкании
Основным органом этой защиты является реле сопротивления, а выдержка времени зависит от отношения напряжения к току:
В выражении (70-1) переменным является расстояние I от точки короткого замыкания до места установки защиты. Из рис. 70-1 видно, что дистанционная защита на подстанции П-2 будет иметь меньшее время срабатывания, чем на П-1, так как l2<l1 и U2<U1.
Поскольку выдержка времени дистанционной защиты зависит от расстояния до места повреждения, то могут быть следующие виды характеристик: 1) плавно-зависимая; 2) ступенчатая и 3) комбинированная.
Рис. 70-2. Схема устройства электромагнитного реле сопротивления
Основные органы дистанционной защиты это: 1) пусковой; 2) дистанционный; 3) временной и 4) направления мощности (направленные дистанционные защиты).
В конструктивном отношении все перечисленные органы могут быть объединены в одно реле или состоять из набора реле.
Наиболее важным органом дистанционной защиты является реле сопротивления. Эти реле могут реагировать на полное (z) или индуктивное (х) сопротивление.
Реле сопротивления может быть выполнено на электромагнитном, индукционном или электродинамическом принципах
Принцип работы электромагнитного реле показан на рис. 70-2. На коромысло реле действуют два противоположных момента: от токового электромагнита момент Μт и от электромагнита напряжения Мн (рис. 70-2).
При коротком замыкании ток в цепи увеличивается, а напряжение уменьшается и при определенных соотношениях Μт и Мн коромысло повернется, замкнет контакт и произойдет отключение выключателя.
В индукционных реле сопротивления вращающие моменты Μт и Мн действуют на вращающийся в центрах диск или цилиндрик.
Высокочастотная защита
Основана на использовании высокочастотной связи между подстанциями. Высокочастотные защиты могут быть направленными и дифференциальными.
В направленных высокочастотных защитах при помощи высокочастотной связи сравнивается направление мощностей на двух концах защищаемой линии. Если короткое замыкание имеет место за пределами защищаемой линии, то направление мощностей одинаковое и защита не работает. При коротком замыкании в линии направления мощностей на подстанциях встречные и защита, срабатывая, отключает выключатели.
Дифференциальная фазная высокочастотная защита основана на сравнении фаз токов на одном и на другом концах линии. Защиту настраивают так, что при внешних коротких замыканиях токи i1 и i2 сдвинуты на 180 эл. град и защита не работает (рис. 70-3,а). При коротком замыкании
в пределах защищаемой линии токи и и 12 совпадают по фазе и защита срабатывает (рис. 70-3,б).
Преимуществом рассмотренных высокочастотных защит является относительная простота и быстродействие, но они применяются в сетях с напряжением 110—220 кВ.
Рис. 70-3. Диаграммы токов дифференциальной фазной защиты
На тяговых подстанциях с напряжением 6—10 кВ рассмотренные принципы могут найти применение при замене высокочастотной блокировки установками телеуправления и телеметрии*. В этом случае с каждой тяговой подстанции на диспетчерский пункт передаются определенные сигналы, а далее несложная кибернетическая установка принимает решение и отдает приказы на отключение тех или иных выключателей. При применении бесконтактных телемеханических систем общее время работы защиты может быть достаточно малым.
* Применение телемеханических систем в релейной защите разработано Мосгортранспроектом.