Характеристики срабатывания реле сопротивления.

Cопротивление на зажимах реле представляет комплексную величину

, (3.2)

где φ_р – фазовый сдвиг между U_p и I_p.

Таким образом, работу этого реле удобно анализировать в комплексной плоскости. Активную составляющую Z_p откладываем по горизонтали, реактивную по вертикали. КЗ произошедшее в какой либо точки ЛЭП, характеризуется сопротивлением Z_к, от места установки защиты до точки КЗ. Данное сопротивление так же можно изобразить на комплексной плоскости рис. 3.4 (отрезок ОК). Если КЗ произошло через электрическую дугу, в этой же точке ЛЭП, то как показали исследования сопротивление до места КЗ будет изображаться сопротивлением ОК′ (так как появляется дополнительное сопротивление r_д). При определенных условиях Z_к, может определяться вектором ОК″. Таким образом, в общем случае сопротивление КЗ- Z_к, определяется четырех угольником подобным ОКК′К″. В результате действие реле при КЗ будет обеспечено, если характеристики срабатывания реле, будут охватывать область комплексной плоскости, в которой может находиться вектор сопротивления при КЗ для конкретной ЛЭП.

Характеристикой срабатывания реле, называется зависимость . В зависимости от вида характеристики срабатывания различают ненаправленное реле полного сопротивления; направленное реле полного сопротивления, реле сопротивления со смещенной круговой характеристикой, реле с эллиптической характеристикой и так далее. Характеристики перечисленных реле указаны соответственно на рис. 3.5 а, б в, г. Из характеристик видно, что сопротивление срабатывания постоянно только у ненаправленного реле полного сопротивления, а у остальных реле оно зависит от угла φ_р. Некоторому углу φ_{р max}, соответствует наибольшее сопротивление срабатывания, т.е. наибольшая чувствительность. Реле с характеристиками рис. 3.5 б, г. могут совмещать в себе функции дистанционного органа и органа направления мощности.

В реле сопротивления из подводимых к нему току и напряжению формируются две электрические Е₁ и Е₂ или магнитные величины Ф₁ и Ф₂, которые затем сравниваются между собой, по одному из принципов на которых основаны реле направления мощности.

Дистанционные органы подключаются к трансформаторам тока и напряжения, таким образом, чтобы сопротивление Z_р, было пропорционально расстоянию до места КЗ, и не зависело от вида повреждения. Так, дистанционные органы, реагирующие на многофазные КЗ, включаются на линейные напряжения и разности фазных токов одноименные с напряжением (т. е. U_p=U_ab; I_p=I_a-I_b); дистанционные органы реагирующие при однофазном КЗ на фазные напряжения U_p=U_ф и на токи I_p=I_ф+КI₀, где I_ф, I₀ – фазный ток и ток нулевой последовательности. С целью уменьшения количества реле сопротивлений применяются двух системные и одно системные схемы включения дистанционных органов, в которых либо осуществляется автоматические переключение цепей тока и напряжения в зависимости от вида КЗ (контактами пусковых органов), либо применяются многофазные реле сопротивления.

На примере сети, показанной на рис. 3.6, рассмотрим выбор уставок трехступенчатой дистанционной защиты, установленной на подстанции А. Первая зона, дистанционный орган этой зоны не должен срабатывать при КЗ: а) на шинах противоположной подстанции Б (т. К₁); б) в месте подключения отпайки, если отпайка включена через выключатель (т. К₂); в) за трансформатором отпайки, если отпайка включена без выключателя (т. К₃). Перечисленным условиям соответствуют следующие формулы:

; (3.3)

; (3.4)

, (3.5)

где - сопротивления срабатывания первичной зоны; - сопротивление защищаемой линии АБ; - сопротивление участка линии от места установки защиты до точки отпайки; - сопротивление трансформатора отпайки; =0,8÷0,85 – коэффициент запаса. Для ЛЭП с отпайками без выключателей на стороне высокого напряжения, берется меньшее из значений , полученных по выражениям (3.3) или (3.5), для линий имеющих отпайки с выключателями – значение , по (3.4) выражению. Первая зона выполняется без выдержки времени, то есть =0.

Вторая зона. Дистанционные органы этой зоны не должны срабатывать при КЗ в конце первой зоны защиты смежной линии (точки К₄), а также не должны срабатывать при КЗ за трансформаторами приемной подстанции (точка К₅). В соответствии с этим , принимается равными меньшей из величин найденных по выражениям:

; (3.6)

, (3.7)

где - уставка первой зоны защиты смежной линии – БВ;

Z_T – сопротивление наиболее мощного трансформатора подстанции Б;

- максимальное относительное отклонение коэффициента трансформации отпайки;

- коэффициент запаса учитывающий погрешность в работе защиты линии БВ и в выборе ее уставок;

и - коэффициенты токораспределения, учитывающие неравенство токов в месте повреждения I_к.з.2 или I_к.з.Т и в месте установки защиты I_к.з.1.

Выдержка времени второй ступени, отстраивается от быстродействующих защит смежной линии, то есть .

Третья зона. Эту зону трехступенчатой характеристики обеспечивают пусковые органы. При выполнении их токовыми реле, уставка по току берется так же как и для МТЗ, а при выполнении в виде направленных реле сопротивления, выполняется отстройка от минимального возможного сопротивления рабочем режиме:

, (3.8)

где - сопротивление срабатывания третьей зоны; U_min – минимальное рабочее линейное напряжение; I_{раб. max} – максимальный рабочий ток; К_В – коэффициент возврата реле сопротивления; - угол между U_min и I_раб.max. Найденное по (3.7) значение , представляет собой диаметр окружности характеристики срабатывания защиты.

Общая оценка дистанционной защиты.

Достоинства: селективность действия в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания; малые выдержки времени в начале защищаемого участка, в сравнении с другими типами защит, что необходимо по условиям устойчивости, требующим быстрого отключения повреждений в близи шин электростанций; значительно большая чувствительность при КЗ и лучшая отстройка от нагрузки и качаний по сравнению с МТЗ.

Недостатки: сложность защит как в части схемы, так и в части входящих в ее состав реле; невозможность мгновенного отключения КЗ в пределах всех защищаемых линий. Следовательно, они не могут служить основными защитами на тех участках сети, где необходимо выполнение этого требования; необходимость отстройки от качаний и нагрузки, что снижает чувствительность защиты, а возможность действия при качаниях вынуждает усложнять защиту применением блокировки.

Несмотря на отмеченные недостатки, дистанционная защита, является пока наиболее совершенной резервной защитой от междуфазных КЗ для ЛЭП всех напряжений до 750 кВ включительно и достаточно быстродействующей защитой для сетей 110 и 220 кВ, где она используется в качестве основной защиты на ЛЭП средней и большой длины.