Дифференциально-фазная высокочастотная защита.

Принцип действия этой защиты основан на сравнении фаз тока по концам защищаемой линии. Направление тока от шин в линию считаем положительным. Так при внешнем КЗ (точка К₁) рис. 3.9а, токи по концам защищаемой ЛЭП I_m I_n имеют различные знаки, следовательно, их можно считать сдвинутыми на 180⁰. В случаи же КЗ в точке К₂ рис. 3.9б, можно принять что токи I_m I_n совпадают по фазе, если пренебречь сдвигом векторов Е_m и E_n, и различием углов полных сопротивлений Z_m и Z_n. Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии, можно установить местоположение КЗ.

Упрощенная схема и диаграмма, поясняющие принцип действия данной защиты приведены на рис. 3.10,3.11.

Защита состоит из высокочастотного генератора (ГВЧ) и приемника (ПВЧ), реле отключения (РО); и двух пусковых реле (П₁, П₂), одно из которых пускает ГВЧ, второе контролирует цепь отключения защиты.

Токи высокой частоты передаются по каналу, образованному проводом защищаемой линии и землей. Выход токов за пределы ЛЭП ограничивается заградителями 1. Подключение ГВЧ и ПВЧ (высокочастотный пост-2), осуществляется через конденсаторы связи 3. Генератор (ГВЧ), управляется непосредственно токами промышленной частоты, при помощи специального трансформатора Т. ГВЧ, вырабатывает посылая в линию токи высокой частоты, при положительной полуволне промышленного тока и не работает при отрицательной полуволне. Приемник ПВЧ, выполнен так, что, при наличии токов высокой частоты, поступающих в его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен нулю, а при отсутствии высокочастотного сигнала, появляется выходной ток.

При внешнем КЗ, фазы первичных токов по концам линии противоположны рис. 3.11а, следовательно высокочастотный ток протекает по линии непрерывно и питает приемники на обеих сторонах ЛЭП, в результате выходной ток в цепи ПВЧ отсутствует. Следовательно, отсутствует и в РО, в итоге защита не работает. При КЗ в зоне защиты рис. 3.11б, ГВЧ на обоих концах ЛЭП работают одновременно, следовательно высокочастотный ток в линии будет иметь прерывистый характер, с интервалами равными полупериоду промышленного тока. В результате приемники работают в промежутке времени, когда высокочастотный ток отсутствует. Таким образом, в выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством и подается в реле РО, в результате РО срабатывает и замыкает цепь на отключение выключателя. Таким образом, в дифференциально–фазной высокочастотной защите сравнения фаз осуществляется косвенным путем, посредством токов высокой частоты, в отличии от обычных дифференциальных защит, где сравнение фаз осуществляется непосредственно сравнением токов проходящих в начале и конце линии.

Таким образом, дифференциально-фазная защита состоит из трех основных элементов: пускового органа П₁ и П₂; органа манипуляции, управляющего с помощью трансформатора Т_М генератором высокой частоты и органа сравнения фаз токов. Данная защита не реагирует на нагрузку, поэтому пусковой орган в схемах этой защиты не является обязательным, однако при каком либо нарушении непрерывности высокочастотных токов в линии, защита сработает, поэтому во всех схемах защиты применяется пусковые реле, отстроенные от токов нагрузки.

При рассмотрении принципа действия защиты предполагалось, что при внешних КЗ, токи I_m I_n, сдвинуты на угол ψ=180⁰, а при КЗ в зоне совпадают по фазе, то есть ψ=0. В действительности из-за погрешности трансформаторов тока, разницы фаз ЭДС Е_m и E_n, разницы углов в сопротивлении Z_m и Z_n, и наложения токов нагрузки на токи КЗ фазы вторичных токов искажаются, и поэтому угол ψ отличается от 180⁰ и 0⁰, в результате возможны неправильные действия защиты. В связи с этим, параметры защиты выбираются так, чтобы она блокировалась (не срабатывала) в условиях внешнего КЗ, при ψ=180-β и работала при КЗ в зоне, когда ψ>0. Предельное значение угла β при котором защита должна блокироваться называется углом блокировки защиты.

Защита значительно упрощается и становится более надежной если вместо токов фаз сравнивать их симметричные составляющие, получаемые от фильтров, на выходе которых получается ток пропорциональный или , где , , - соответственно токи прямой, обратной и нулевой последовательностей. Такие фильтры обеспечивают действие защиты при всех видах КЗ.