А. Булычев - Релейная защита в распределительных электрических Б90 сетях

В электрических сетях с двухсторонним питанием и в кольцевых сетях обычные токовые защиты не могут действовать селективно. Например, в электрической сети с двумя источниками питания (рис. 2.15), где выключатели и защиты установлены с обеих сторон каждой линии, при повреждении в точке К1 должны выполняться следующие условия выбора выдержек времени срабатывания МТЗ:

t СЗ 2< t СЗ 3 < t СЗ 4 < t СЗ 5 < t СЗ 6.

При КЗ в точке K2:

t СЗ 1< t СЗ 2 < t СЗ 3 и t СЗ 4 < t СЗ 5 < t СЗ 6.

При КЗ в точке K3:

t СЗ 1< t СЗ 2 < t СЗ 3 < t СЗ 4 < t СЗ 5.

Как видно, эти требования противоречивы и не могут быть выполнены в одной системе защит.

Для обеспечения селективного действия токовых защит в этих условиях необходимо использовать дополнительный признак, характеризующий расположение места повреждения относительно защит. В качестве этого признака можно использовать направление мощности КЗ в месте установки защиты.

Для того чтобы обеспечить селективное действие МТЗ, нужно разрешить действовать только тем защитам, направление мощности КЗ в месте установки которых — от шин к линии. Тогда выполнять согласование по времени срабатывания необходимо только для тех защит, которым действие разрешено (рис. 2.16).

С учетом этого, при коротком замыкании в точке К1:

t СЗ 2< t СЗ 4 < t СЗ 6;

в точке K2:

t СЗ 1< t СЗ 3 и t СЗ 4< t СЗ 6;

в точке K3:

t СЗ 1< t СЗ 3< t СЗ 5.

При таких условиях требования к соотношению выдержек времени срабатывания отдельных защит, обеспечивающие их селективное действие, не противоречат друг другу. Следовательно, система защиты реализуема.

Для того чтобы определить направление мощности, передаваемой по контролируемой электрической сети, в месте установки защиты используют специальное реле — реле направления мощности. Отечественная промышленность выпускает реле направления мощности двух видов: индукционные (серий РБМ-170 и РБМ-270) и микроэлектронные (типа РМ-11 и РМ-12) [3].

Индукционное реле направления мощности [2, 3] имеет две обмотки, размещенные на полюсах замкнутого стального магнитопровода 1 (рис. 2.17). Одна из них, токовая (4) включается во вторичные цепи ТТ, и ток в ней (I p ) определяется вторичным током ТТ. Вторая — потенциальная (5 ) — подключается ко вторичной обмотке трансформатора напряжения (ТН), и ток в ней ( I H) пропорционален подведенному напряжению ( U H). Между полюсами расположен внутренний стальной сердечник 2 цилиндрической формы и алюминиевый ротор 3, имеющий форму стакана. На роторе укреплен контактный мостик 6. При направлении мощности КЗ от шин в линию этот мостик замыкает неподвижные выходные контакты 7 (реле срабатывает). Возврат реле происходит под воздействием противодействующей пружины 8.

Магнитные потоки, создаваемые катушками с соответствующими токами, сдвинуты в пространстве на угол 90°. Взаимодействие потоков с токами, индуктированными ими в роторе, создает вращающий момент, который заставляет ротор поворачиваться. Если магнитные потоки имеют синусоидальную форму, то вращающий момент М ВР ~ Ф I × Ф U × sinΨ. Здесь Ф I и Ф U — магнитные потоки, создаваемые токовой и потенциальной катушками соответственно; T — электрический угол между магнитными потоками Ф I и Ф U .

На рис. 2.18 показана векторная диаграмма, поясняющая принцип действия реле. Приняты следующие обозначения: Í pи Ú H— векторы тока и напряжения, подведенных к реле; φ р— угол между векторами Í pи Ú H, определяемый параметрами силовой электрической сети и схемой включения реле; Í H— вектор тока в потенциальной катушке реле; α — угол между векторами Í Hи Ú H (угол внутреннего сдвига), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи потенциальной катушки.

Учитывая, что Ф I ~ I p , Ф U ~ I H ~ U H, а Ψ = α — φ р, можно получить:

M BP= k p × U H × I P × sin (α — φ р).

В этом выражении k p— постоянный коэффициент, определяемый параметрами реле, а U H × I p × sin (α − φ р) = S p— мощность на зажимах реле. Следовательно, вращающий момент реле пропорционален мощности: M BP= k p × S p, то есть реле реагирует на мощность.

Вращающий момент реле равен нулю, когда sin (α — φ р) = 0. Отсюда следует, что M BP= 0, если φ р= α при отставании и если φ р= (α + 180°) при опережении вектором Í pвектора Ú H. Линия, расположенная под этим углом к вектору Ú H, называется линией нулевых моментов или линией изменения знака момента [2, 3].

Угол φ рмежду векторами Í Pи Ú H, при котором вращающий момент имеет максимальное значение, принято называть углом максимальной чувствительности φ МЧ. Линия, расположенная к вектору Ú Hпод углом φ МЧ, называется линией максимального момента.

Если внутренний угол α = 0 (рис. 2.19, а), то вращающий момент M BP= k p × U H × I p × sin (−φ р) в реле пропорционален реактивной мощности, подведенной к реле (синусное реле или реле реактивной мощности). Эти реле выполняют так, что M BPположителен, если угол φ р< 0 (то есть M BP= k p × U H × I p × sin φ р). Угол максимальной чувствительности для синусного реле φ МЧ= 90°.

Если внутренний угол α = 90° (рис. 2.19, б), то вращающий момент

M BP= k p × U H × I P × sin (90 − φ р) = k p × U H × I P × cos φ р

пропорционален активной мощности, подведенной к реле ( косинусное реле или реле активной мощности). Для косинусного реле φ МЧ= 0°.

В реле смешанного типа (см. рис. 2.18) угол а может иметь значения от 0° до 90°. У отечественных реле смешанного типа (РБМ-171, РБМ-271) угол а изменяется дискретно: α = 45° (φ МЧ= 45°) или α = 60° (φмч = 30°).

Срабатывание реле направления мощности происходит при выполнении условия:

M BP ≥ М ПР,

где М ПР— противодействующий момент, который определяется силой противодействия возвратной пружины, трением в подшипниках реле и силой нажатия контактов при срабатывании реле.