2. Дистанционная защита. Принцип работы. Характеристики срабатывания реле сопротивления. Выбор параметров 3-х ступенчатой дистанционной защиты.

2.1. Принцип работы

Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле изменения сопротивления. Например, если защищаемым объектом является линия, то в нормальном режиме параметры напряжения на шинах и тока в линии близки к номинальным:

Отношение сопротивления соответствует нормальному режиму.

При возникновении короткого замыкания напряжение на шинах умень-шается, ток в линии увеличивается, контролируемое сопротивление уменьшается

В свою очередь, ,

Где — сопротивление 1 км линии;

Следовательно, контролируя изменение сопротивления, можно определить факт возникновения короткого замыкания и оценить удаленность точки короткого замыкания.

Рисунок 1 – Принцип действия

Как правило, первая ступень охватывает 85% длины защищаемой линии. При коротких замыканиях в зоне действия

первой ступени защита работает без выдержки времени, t¹ = 0. Вторая ступень предназначена для надежной защиты всей линии. Ее зона действия попадает на смежную линию, поэтому для исключения неселективного срабатывания защиты при коротком замыкании на отходящей линии в точке K₂, вводится замедление на срабатывание, t² = (0,4-0,5) сек. Третья ступень выполняет функции ближнего и дальнего резервирования

2.2. Характеристики срабатывания реле сопротивления.

В качестве измерительных органов дистанционной защиты используются реле сопротивления, которые могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных исполнений реле заключается в способе обработки поступающей информации о токе и напряжении. Поведение реле сопротивления в различных режимах зависит от его характеристики , где — угол между током и напряжением, подводимых к реле.

Полное сопротивление z состоит из активного r и реактивного x со-противлений: или , поэтому характеристику реле сопротивления представляют в плоскости z, откладывая r — по горизонтальной, а x — по вертикальной оси. Характеристики измерительных органов дистанционных защит должны быть надежно отстроены от нагрузочных режимов, учитывать влияние сопротивления дуги.

2.3. Виды характеристик реле сопротивления

2.3.1. Круговая характеристика с центром в начале координат. Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Сопротивление срабатывания таких реле не зависит от , поэтому их называют реле полного сопротивления.

Рисунок 2 — Круговая характеристика с центром в начале координат

2.3.2. Круговая характеристика, проходящая через начало координат. Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из линии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответствует началу защищаемой линии.

При коротком замыкании в начале линии, когда r и x равны нулю, реле не работает, что является его недостатком. Угол , при котором сопротивление срабатывания реле максимально, называется углом максимальной чувствительности.

Рисунок 3 – Характеристика направленного реле сопротивления

2.3.3. Реле с эллиптической характеристикой. Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с целью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности.

Рисунок 4 — Реле сопротивления с эллиптической характеристикой

2.3.4. Реле с многоугольными характеристиками. Четырехугольная характеристика (Рисунок 5, а) используется для выполнения второй и третьей ступеней защит. Ее верхняя сторона должна фиксировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов. Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сторона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопровождающихся замыканием через переходное сопротивление. Треугольная характеристика (Рисунок 5, б) применяется для реле сопротивления третьей ступени, обеспечивает необходимую отстройку от нагрузочных режимов с соблюдением требуемой чувствительности.

Рисунок 5 – Реле с многоугольными характеристиками

Б) Принцип действия реле сопротивления — Студопедия

Поделись  

Реле сопротивления могут выполняться на электромагнитной, индукционной и других системах.
Упрощенная схема индукционного реле сопротивления приведена на рис. 8-16, а. На четырехполюсном магнитопроводе расположены три обмотки: токовая обмотка обмотка напряжения и поляризующая обмотка
Обмотка подключается к трансформаторам тока, и, следовательно, по ней проходит вторичный ток I_р, пропорциональный первичному току, проходящему по защищаемой линии. Обмотки подключаются к трансформатору напряжения, и, следовательно, к ним приложено вторичное напряжение U

р, пропорциональное первичному напряжению на шинах подстанции в месте установки защиты.
Обмотка подключается к трансформатору напряжения через промежуточный автотрансформатор с отпайками

с помощью которого производится изменение уставки сопротивления срабатывания реле (на рис. 8-16, а автотрансформатор не показан). В цепь обмотки включен конденсатор С.
Векторная диаграмма напряжения, токов и магнитных потоков в реле приведена на рис. 8-16, б. Ток I_р отстает от напряжения на шинах подстанции U_р на угол и, проходя по обмотке создает магнитный поток Ф

т. Ток I_H в обмотке проходящий под влиянием напряжения U_p, отстает от него на угол величина которого зависит от соотношения активного и индуктивного сопротивления обмотки и составляет обычно 60—80°. Ток I_H, проходя по обмотке создает магнитный поток Ф_H. Ток I_п в обмотке проходит также под влиянием напряжения U_p. При этом емкость конденсатора С подбирается так, чтобы ток I_п опережал ток I_H на угол 90°. Ток I_п создает магнитный поток Ф_п.

Таким образом, ротор реле пронизывают три магнитных потока: Ф_T, Ф_H, Ф_п.
Таким образом, из вышеизложенного следует:
1) Рассмотренное реле реагирует на величину полного сопротивления на своих зажимах. В условиях нормального режима, когда М_H> М_т (см. выше), сопротивление на зажимах реле превышает сопротивление срабатывания z_p>z_c.p.. Реле срабатывает, когда что соответствует снижению сопротивления на зажимах реле до величины сопротивления срабатывания, т. е.
Таким образом, рассмотренное реле является минимальным реле полного сопротивления.
2) Сопротивление срабатывания этого реле не является постоянной величиной и зависит от угла между током и напряжением При и, следовательно, При этом

Известно, что полное сопротивление линии z состоит из активного сопротивления r и реактивного сопротивления x и что

Поэтому характеристику реле полного сопротивления удобно изображать графически, откладывая r по горизонтальной и x по вертикальной осям, как показано на рис. 8-17,а.

При таком способе графического построения характеристика сопротивления срабатывания реле полного сопротивления, определяемая формулой (8-16), изображается окружностью, проходящей через точку пересечения осей О, т. е. через начало координат. Здесь К = z

ср _макс — наибольшее значение сопротивления срабатывания [см. формулу (8-17)], является диаметром окружности. Угол при котором z_ср = z_{ср макс} называется углом максимальной чувствительности реле сопротивления. Величина этого угла принимается при конструировании реле равной углу полного сопротивления защищаемых линий. Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Точка О соответствует началу защищаемой линии, и так как характеристика реле располагается в первой четверти, то оно действует только в одном направлении. Реле с такой характеристикой называется направленное реле полного сопротивления.

Из характеристики реле, видно, что при r = 0 и х = 0, т. е. при к. з. в начале линии, z_ср =0 и, следовательно, реле не работает. Таким образом, направленное реле полного сопротивления имеет «мертвую зону», что является его недостатком.
На рис. 8-17, б приведены характеристики реле полного сопротивления трехступенчатой дистанционной защиты, характеристика времени срабатывания которой показана на рис. 8-15, б. Здесь шины подстанции А, где установлена рассматриваемая защита, расположены в начале координат. Там же расположена точка а, соответствующая началу первой зоны. Линии Л ₁ и Л₂ расположены под углом, равным углу их полного сопротивления, который совпадает с углом максимальной чувствительности реле
Шины других подстанций, а также зоны защиты имеют те же обозначения, что и на рис. 8-15,
Характеристики реле сопротивления в координатах r, х показывают область действия защиты. Так, из рис. 8-17, б видно, что все зоны дистанционной защиты являются направленными и, следовательно, не приходят в действие при к. з. на линии, смежной с линией Л₁ но расположенной влево от подстанции А (рис. 8-15, б). На рис. 8-17, б эта линия расположена в третьей четверти, как показано пунктиром.
На рис. 8-17, б показано, как будет действовать дистанционная защита, если на линии Л₁ возникнет к. з. через переходное сопротивление, например сопротивление электрической дуги. Так, если это к. з. произошло в точке д, расположенной в пределах первой зоны через дугу с сопротивлением r_д, то реле сопротивления измерит сопротивление z_р, которое больше, чем z₁, и попадает во вторую зону. Поэтому, несмотря на то что физически место к. з. находится в первой зоне, защита будет действовать с выдержкой времени второй ступени.

Рассмотренное реле сопротивления основано на суммировании магнитных потоков, создаваемых в магнитопроводе реле током и напряжением, подводимыми к обмоткам реле.

Сопротивление срабатывания ненаправленного реле является величиной постоянной, не зависящей от угла между током и напряжением.

Поэтому в осях r и х характеристика реле изображается окружностью с центром в точке пересечения осей, т. е. в начале координат (рис. 8-20), и радиусом, равным К. Точка О соответствует началу защищаемой линии, и так как характеристика располагается во всех четырех четвертях, то реле с такой характеристикой действует при к. з. не только на защищаемой линии, но и на смежных линиях, т. е. является ненаправленным. Поэтому при использовании такого реле в схемах дистанционных защит устанавливается отдельное реле направления мощности, как в схеме максимальной направленной защиты.



Принцип работы, характеристики и классификация

Дистанционное реле — это основное устройство, которое отключает автоматический выключатель в случае неисправности. В цепях энергосистем с низким номиналом реле может отключить цепь без автоматического выключателя. Реле вместе с автоматическим выключателем вместе используются для защиты систем передачи и распределения. Реле классифицируют на большие по принципу действия. У нас есть реле максимального тока, дифференциальное реле, частотное реле и т. д., для которых рабочей величиной является ток, разница тока и частота.

На основе рабочего количества рассчитывается забираемое количество. В дистанционном реле рабочей величиной является импеданс. Реле работает в зависимости от импеданса линии передачи. Полное сопротивление линии передачи рассчитывается на основе места повреждения, напряжения во время повреждения и тока повреждения. Кроме того, реле классифицируются как реле MHO, реле реактивного сопротивления и т. д. в зависимости от расстояния защиты или на основе пролета линии передачи. Эти реле широко используются, имеют многочисленные преимущества и являются наиболее надежными для всех случаев неисправности.

Дистанционные реле — это защитное оборудование, работа которого зависит от расстояния до места повреждения на линии передачи. Расстояние рассчитывается от генераторной установки. В зависимости от расстояния импеданс рассчитывается путем оценки напряжения и тока короткого замыкания.

Теория дистанционных реле

Основная потребность в дистанционных реле возникла из-за недостатков реле максимального тока или реле перенапряжения. Основная концепция заключается в том, что в зависимости от типа неисправности можно изменить дистанционную защиту. Например, досягаемость замыкания линии на землю (LG) намного меньше, чем досягаемость трехфазного замыкания (LLL). Поэтому, если мы хотим обеспечить защиту до определенного момента, нам необходимо отрегулировать точку срабатывания реле максимального тока. Это невозможно, так как реле рассчитано на одно значение тока срабатывания.

Дистанционное реле

Таким образом, самым большим недостатком реле максимального тока является то, что ток короткого замыкания зависит от типа неисправности, поэтому длина защищаемой линии зависит от типа неисправности. Точно так же расстояние защиты также варьируется в зависимости от импеданса источника. Чем меньше импеданс источника, тем больше расстояние, покрываемое для определенного типа неисправности. Следовательно, расстояние, на котором реле максимального тока защищает линию, также зависит от импеданса источника.

Еще одним важным фактором, определяющим величину тока короткого замыкания, является генерируемое напряжение. Генерируемое напряжение опять же зависит от типа возбуждения. То есть генератор с перевозбуждением работает с отстающим коэффициентом мощности, а генератор с недостаточным возбуждением работает с опережающим коэффициентом мощности. Следовательно, это все факторы, от которых зависит ток короткого замыкания. На основе этих факторов было разработано дистанционное реле.

По сути, он предназначен для определенного расстояния защиты. На основании места неисправности рассчитывается полное сопротивление, начиная с генератора. Импеданс рассчитывается на основе соотношения напряжения и тока. Таким образом, импеданс линии передачи становится рабочей величиной для дистанционного реле.

Принцип работы реле

Основной принцип дистанционного реле заключается в том, что оно работает в зависимости от расстояния повреждения в линии передачи. Его работа зависит от импеданса между точкой неисправности и точкой, где установлено реле. Полное сопротивление между точкой неисправности и местом расположения реле рассчитывается на основе напряжения и тока линии передачи во время неисправности. Полное сопротивление в этой конкретной точке становится рабочей величиной для реле.

Схема дистанционного реле

На следующем рисунке показана структура принципа работы дистанционного реле. Как показано, он начинается с источника электроэнергии, то есть генератора переменного тока. Затем для измерения тока последовательно с линией используется трансформатор тока. Точно так же трансформатор напряжения используется параллельно с линией передачи для измерения ступенчатого понижающего напряжения.

Работа реле расстояния

Эти два параметра передаются на реле для оценки импеданса линии передачи. Реле подключено к автоматическому выключателю, как показано на рисунке. Всякий раз, когда реле срабатывает, оно посылает сигнал отключения на автоматический выключатель, который немедленно разрывает или изолирует неисправную линию от генератора. Как показано на диаграмме, Zf — полное сопротивление короткого замыкания. Предполагается, что неисправность возникает в конце линии передачи.

Работа реле

Для оценки импеданса напряжение рассчитывается по трансформатору напряжения, а ток рассчитывается по трансформатору тока. Теперь для работы реле жизненно важную роль играют два важных крутящих момента. Один отклоняет крутящий момент, а другой восстанавливает крутящий момент. Эти два крутящих момента наиболее важны для работы реле. В дистанционном реле отклоняющий момент создается вторичным током трансформатора тока, а восстанавливающий момент создается напряжением трансформатора напряжения. В нормальных условиях эксплуатации восстанавливающий момент больше, чем отклоняющий.

Следовательно, реле остается в нерабочем режиме. Но когда возникает неисправность, токи неисправности увеличиваются, что увеличивает отклоняющий момент. Поэтому отклоняющий момент становится больше восстанавливающего, и реле срабатывает. Как только отклоняющий момент увеличивается, он замыкает цепь, перемещая свои динамические части. Цепь отключения замкнута.

После замыкания цепи отключения автоматический выключатель включается. Отключение цепи может быть в основном электромагнитным выключателем. Когда цепь находится под напряжением, замкнутые контакты прерывателя размыкаются. При размыкании контактов неисправная линия отделяется от исправной части системы. Так изолируется линия разлома. При размыкании контактов между контактами образуется дуга, которую необходимо погасить.

Характеристики дистанционных реле

Характеристики дистанционных реле можно объяснить с помощью диаграммы RX. Полное сопротивление линии передачи представлено радиусом круга. Как показано, радиус окружности равен Z. Фазовый угол между R и X или также называемый углом импеданса для представления положения вектора тета, как показано. Характеристики состоят из двух осей. Одна — ось R, а другая — ось X. На диаграмме положение вектора показано для положительного R и положительного X.

Характеристики реле импеданса

Работу можно объяснить в четырех квадрантах. В первом квадранте R положительный, X положительный, что означает, что импеданс короткого замыкания больше, чем нормальный импеданс. Следовательно, реле сработает. Во втором квадранте угол отрицательный, поэтому реле не сработает. Аналогично в третьем квадранте сработает реле.

В области, где реле не срабатывает, восстанавливающий момент больше, чем отклоняющий. А в рабочей области отклоняющий момент больше, чем восстанавливающий. Дистанционные реле применяются на коротких, средних и длинных линиях передачи.

Типы реле

Мы видели, что дистанционное реле предназначено для определенного расстояния. В зависимости от расстояния и характеристик реле расстояния можно классифицировать как

 

Реактивное реле

В этом типе ось X параллельна оси R.

Характеристики реактивного сопротивления

Этот тип реле не будет работать на сопротивление линии. Он будет работать только для реактивного сопротивления

Преимущества

• Не отвечает на ARC
• Может использоваться для небольших линий электропередачи
• Он может быстро определить неисправность

Недостатки

• По характеристикам реактивного сопротивления нельзя использовать для реле обнаружения повреждений
• Не сможет отличить неисправность на нашей станции от другой станции
• Не подходит для длинной линии передачи.

Реле импеданса

Характеристики представлены кружком, как показано выше

Преимущества

• Добавление элемента направления может быть использовано для повышения производительности

Недостатки

• Это ненаправленное реле, то есть реле будет реагировать на неисправность с любой стороны ТТ
• Кривая характеристик слишком велика, поэтому возможна неправильная работа
• Нельзя использовать для длинных линий передачи.

Реле Mho или характеристики допуска

Реле Mho чаще всего используются для длинных линий передачи.

Характеристики полной проводимости

Преимущества

• Область повреждения хорошо определена
• Он направленный, поэтому его можно спроектировать для работы с определенной стороной
• Может использоваться для длинных линий передачи. Он будет реагировать как на резистивную, так и на реактивную неисправность
.

Недостатки

• Нельзя использовать для небольших линий электропередачи.

Итак, мы рассмотрели принцип работы, рабочие характеристики, типы и преимущества дистанционных реле. Большинство реле могут быть подключены к микропроцессорам для быстрой и надежной работы. Можно подумать, а можно ли использовать дистанционное реле для высокочастотных операций?

Принцип работы, характеристики и применение

В электронных схемах реле представляет собой переключатель, который приводится в действие электрически для управления цепью с малой мощностью или одним сигналом. Во-первых, реле используются в качестве усилителей в цепях дальней связи. Функция реле заключается в повторной передаче реплицированного сигнала из одной цепи в другую. Реле бывают электромеханического типа, твердотельного типа и герконового типа. Точно так же дистанционные реле являются одним из типов и универсальных реле, используемых для дистанционной защиты, которая зависит от расстояния между точкой питания и неисправностью. Отношение напряжения к току дает значение импеданса во время срабатывания дистанционной защиты. Реле импеданса, реле полной проводимости (Mho) и реле реактивного сопротивления являются типами реле дистанционной защиты. В этой статье дается краткое описание принципа работы реле Mho и его работы.

Реле Mho называется направленным реле, управляемым напряжением, или реле проводимости, или высокоскоростным реле. Рабочий крутящий момент может быть определен элементом V-I (напряжение-ампер), а элемент напряжения развивает управляющий элемент. Эти типы реле используются для обнаружения обрывов фаз на длинных линиях электропередачи, а также в местах возникновения синхронизирующих скачков напряжения. Реле mho является более чувствительным и надежным, поскольку оно представляет собой комбинированный блок измерения расстояния и направления.

Принцип работы реле Mho

Принцип работы реле Mho зависит от импеданса и элемента направления. Если измерение импеданса меньше импеданса конечной точки, то это рассматривается как неисправность, которая существует на линии между реле и конечной точкой. Схема реле mho в виде конструкции индукционного стакана показана ниже. Взаимодействие потоков за счет полюсов 2, 3 и 4 создает рабочий момент. Благодаря 1, 2 и 4 полюсам достигается управляющий или ограничивающий крутящий момент. Последовательный конденсатор подключен для обеспечения действия памяти.

Реле Mho

Исходя из рисунка, рассмотрите управляющий эффект пружины как -K3. Тогда уравнение крутящего момента задается как

Поскольку рабочий крутящий момент обусловлен элементом V-I, а управляющий крутящий момент обусловлен элементом напряжения. Итак, реле mho еще называют реле направленного действия с контролем напряжения.

T = K1V.I.cos(Ɵ-90°)-K3

Где Ɵ-90° означает положительное значение, когда ток (I) отстает от напряжения (V).

Когда реле находится в состоянии баланса, общий крутящий момент становится равным нулю, поэтому уравнение записывается как 92-K3 = 0

K1/K2 cos(Ɵ-τ) – K3/(K2VI) = V/I = Z

Z = K1/K2K2cos(Ɵ-τ)

действием пружины можно пренебречь, тогда K3= 0

Рабочие характеристики реле Mho

Рабочие характеристики реле Mho показаны ниже. Из рисунка видно, что практически диаметр окружности не зависит от напряжения и тока. Но при учете пружинящего эффекта при малых величинах напряжения и тока диаметр окружности приводит к уменьшению.
Пусть диаметр окружности Zr = K1/K2, что также называется омической настройкой реле Mho.

Рабочие характеристики реле Mho

Когда реле обнаруживает полное сопротивление внутри круга, оно начинает работать. Как показано в рабочих характеристиках, окружность проходит через начало координат, что показывает, что реле является направленным. Из-за свойства естественной направленности реле требуется только одна пара контактов для быстрого срабатывания при устранении неисправностей. Это снижает нагрузку ВА на трансформатор тока.

Линия ОС представляет собой защищенную линию с углом импеданса 60° и 70°. Длина AB соответствует сопротивлению дуги R, которая расположена горизонтально по отношению к OC.

Когда τ равно или меньше отставания от Ɵ, круг формируется вокруг области разлома. Тогда реле сработает эффективно и будет нечувствительным даже при перепадах напряжения. Следовательно, реле можно использовать для защиты линий электропередач с большой протяженностью и большой нагрузкой.

Рабочие характеристики реле Mho с использованием диаграммы полной проводимости представляют собой прямые линии, показанные ниже. Предположим, что τ постоянно, а проводимость вектора равна Y, лежащей на прямой. Реле Mho применимы для линий электропередачи сверхвысокого и сверхвысокого напряжения с большими нагрузками, поскольку пороговое значение в плоскости Z представляет собой окружность, проходящую через начало координат с диаметром Zr.

Благодаря этому пороговое свойство является компактным, включая область неисправности. Следовательно, при скачках мощности у реле меньше шансов сработать. Поскольку он сам по себе направленный с контролем напряжения и нет необходимости использовать какой-либо направленный элемент.

Диаграмма входного сопротивления

Полное сопротивление, определяемое реле, зависит от типа неисправности. Когда происходит 3-фазное замыкание, реле определяет импеданс по прямой последовательности. Если происходит замыкание на землю, то импеданс реле представляет собой сумму отрицательной, положительной и нулевой последовательностей. Таким образом, для срабатывания реле необходимы разные форматы (настройки) импеданса для разных неисправностей.

Реле должно быть изготовлено с некоторой чувствительностью, чтобы получить общий импеданс, который является положительным импедансом для типов неисправностей app. Реле выдает команду на отключение, если положительная последовательность импеданса ниже уставки реле для всех типов неисправностей.