Продольная дифференциальная защита. Назначение, принцип действия, условия настройки.

Наиболее распространенными видами защит всех элементов электрической системы являются токовая отсечка и дифференциалные защиты.

Дифференциальная защита подразделяется на продольную и поперечную. Продольная используется в основном для элементов с сосредоточенными нагрузгами (электродвигателей, трансформаторов и др.), а также для линий относительно небольшой длины. Поперечная дифференциальная защита применяется для защиты параллельных линий.

Продольная дифференциальная защита основана на сравнении токов по величине и фазе в начале и в конце защищаемого элемента. Для питания защиты на обоих концах защищаемого элемента устанавливаются ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации. Первичные обмотки ТТ включаются в линию, а вторичные обмотки одноименных фаз и обмотка исполнительного реле соединяются в дифференциальную схему так, чтобы при КЗ вне зоны, ограниченной ТТ, ток в реле отсутствовал, а при КЗ в этой зоне был равен току в точке КЗ.

Распределение токов в схеме продольной дифференциальной защиты и векторные диаграммы токов: а) при внешних КЗ и в нормальном режиме б) при КЗ в защищаемой зоне.

Ток , являющийся первичным для ТТ, имеет различное направление относительно шин подстанций: на подстанции I он направлен от шин в линию, а на подстанции II-наоборот.

При дифференциальной схеме соединения по соединительным проводам постоянно циркулирует ток, равный по величине вторичному току ТТ т.е. , поэтому приведенные схемы называют схемами с циркулирующими токами.

На рис а) показано направление первичных и вторичных токов при внешнем КЗ в т.К1, когда в линии проходит сквозной ток ,а в соединительных проводах - циркулирующий ток. Для точек присоединения исполнительного реле согласно первому закону Кирхгофа:

, где и - вторичные токи ТТ1 и ТТ2; - ток реле защиты.

из этой формулы следует, что для внешнего КЗ при прохождении сквозного тока нагрузки или внешнего КЗ ток при одинаковых коэффициентах трансформации ТТ1 и ТТ2 ( = ) будет равен нулю, т.е. дифференциальная защита на такие режимы не реагирует. Это позволяет сделать вывод о том, что она не требует выдержки времени, т.е. является селективной по принципу действия.

В следствии погрешностей трансформаторов тока их вторичные токи имеют некоторые различия по величине и фазе, в результате чего в реле появляется ток небаланса

; , где и - токи намагничивания трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2., тогда получим , выражение показывает, что для снижения тока небаланса необходимо выравнивать намагничивающие токи. Ток небаланса будет равен нулю, если совпадают характеристики намагничивания ТТ или вторичные ЭДС.

Т.к. совпадения характеристик на практике достичь не удается, ток небаланса всегда присутствует, возрастая с увеличением индукции В.

Внешняя нагрузка каждого ТТ определеятся, в основном, сопротивлением соединительных проводов от места установки ТТ до реле, сопротивление которого не учитывается, т.к. при внешних КЗ ток в нем отсутствует.

Для отстройки дифференциальной защиты от ложных срабатываний при токах небаланса ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока небаланса при внешних КЗ, т.е. , где - коэффициент надежности отстройки защиты.

На рис. б) показано направление первичного и вторичного токов при КЗ в пределах защищаемой зоны. Ток КЗ в этом случае проходит только через ТТ1, а по вторичной обмотке ТТ2 ток не проходит .

Т.к. сопротивление вторичной обмотки ТТ, находящейся в режиме х.х., во много раз больше сопротивления обмотки исполнительного реле, то ток проходит через реле, т.е. . Под действием этого тока реле срабатывает, давая команду на отключение выключателя.

Когда при сквозных КЗ через трансформаторы тока дифференциальной защиты проходят большие токи КЗ, токи небаланса и токи срабатывания получаются очень большими. При этом защита не обеспечивает необходимой чувствительности даже в нормальном режиме. Для устранения этого недостатка используется реле с тормозным действием типа ДЗТ.

Тормозная обмотка реле, включаемая в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит сквозной ток КЗ, подмагничивает сердечник БНТ,что увеличивает ток срабатывания реле.