7-3. Схемы включения пусковых органов максимальной токовой защиты

Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов, проходящих в фазах, и в симметричных режимах равен нулю.

В реле трехфазной схемы проходит тот же ток, что и во вторичных обмотках трансформаторов тока:

Поэтому коэффициент схемы, - представляющий собой отношение тока в реле к току во вторичных обмотках трансформаторов тока, равен единице:

Трехфазная схема реагирует на все виды междуфазных и однофазных к. з., имея при этом равную чувствительность. Недостатком этой схемы является потребность относительно большего количества оборудования и соответственно большая стоимость, чем у других схем.

Недостатком трехфазной схемы является также возможность неселективного действия при замыкании на землю разных фаз в двух точках сети с изолированной нейтралью. Как показано на рис. 7-8, при замыканиях на землю в точках К₁ и К₂ срабатывает реле фазы А защиты линии Л₁ и реле фазы В защиты линии Л₂. Если защиты имеют одинаковые выдержки времени, то одновременно отключаются обе линии. В то же время по условиям работы сети с изолированной нейтралью достаточно отключить только одно место замыкания на землю.

Учитывая отмеченные недостатки и то, что в сети с изолированной нейтралью однофазных к. з. не бывает, а в сети с заземленной нейтралью для защиты от однофазных к. з. применяется включение пусковых токовых реле на фильтр тока нулевой последовательности (см. § 7-9), трехфазная схема имеет ограниченное применение.

б) Двухфазная схема с соединением трансформаторов тока в неполную звезду

Рассматриваемая двухфазная схема требует установки двух трансформаторов тока и двух или трех реле в зависимости от условий применения.

Наибольшее распространение получила двухфазная двухрелейная схема, приведенная на рис. 7-9, а. Ток в нулевом проводе этой схемы равен геометрической сумме токов, проходящих в фазных проводах, и в симметричном режиме равен току фазы, не имеющей трансформатора тока. Схема реагирует на все виды междуфазных к. з., но поскольку трансформаторы тока установлены не во всех фазах, схема не может быть использована для защиты от однофазных к. з.

Коэффициент схемы имеет то же значение, что у трехфазной схемы:

При замыканиях на землю разных фаз в двух точках сети с изолированной нейтралью рассматриваемая двухфазная схема в отличие от трехфазной схемы обеспечивает частичную селективность.

В сети, показанной на рис. 7-10, при замыканиях на землю в точке К₁ на фазе с трансформатором тока и точке К₂ на фазе, не имеющей трансформатора тока, ток будет проходить только в защите линии Л₁ которая при этом сработает и отключит линию. Таким образом будет отключено только одно место замыкания на землю, что и требуется по условию работы сети с изолированной нейтралью. Из всех возможных сочетаний замыканий на землю в двух точках в случаев одно из замыканий попадает на фазу, не имеющую трансформатора тока, что сопровождается селективным отключением только одного места замыкания на землю. В остальной случаев оба замыкания на землю попадают на фазы, имеющие трансформаторы тока, что приводит к такому же неселективному отключению обеих линий, как при использовании трехфазной схемы.

Для обеспечения указанной частичной селективности двухфазной схемы трансформаторы тока во всей электрически связанной сети должны устанавливаться на одних и тех же фазах.

Рассматриваемая схема может также действовать неселективно в следующих случаях (рис. 7-10):

1) Если на линии Л₁ произошло замыкание на землю в точке К₁ на фазе с трансформатором тока, а на линии Л₃ в точке К₃ на фазе, не имеющей трансформатора тока, то отключится головная линия Л₁ и подстанция 1 останется без напряжения.

2) Если на линии Л₂ произошло замыкание на землю в точке K₂ на фазе, не имеющей трансформатора тока, а на шинах электростанции в точке K₄ на фазе, присоединения к которой имеют трансформаторы тока, то отключатся генераторы Г и вся сеть останется без напряжения.

При оценке возможности использования рассматриваемой двухфазной схемы включения пусковых органов максимальной токовой защиты необходимо также учитывать ее меньшую чувствительность при к. з. за трансформатором с соединением обмоток звезда — треугольник.

Как показано на рис. 7-11, а, при двухфазном к. з. между фазами а и b со стороны треугольника в одной фазе треугольника проходит от полного тока к. з., т. е. а в двух других — по . Соответственно со стороны звезды, где установлена максимальная токовая защита, имеет место аналогичное распределение токов к. з. При этом больший ток проходит по фазе, не имеющей трансформатора тока, а по фазам с трансформаторами тока проходит по причем эти токи совпадают по фазе, что видно из векторной диаграммы на рис. 7-11, б.

Следовательно, при рассмотренном виде повреждения в реле двухфазной схемы проходит ток в 2 раза меньший, чем в одном из реле трехфазной схемы, которая в этом случае имеет в 2 раза большую чувствительность.

Чувствительность двухфазной схемы может быть повышена установкой третьего реле, включенного в нулевой провод, как показано на рис. 7-9, б. В нулевом проводе проходит геометрическая сумма фазных токов

которая при рассмотренном виде повреждений составляет:

Таким образом, ток в нулевом проводе равен по величине току, проходящему по фазе, не имеющей трансформатора тока. Поэтому дополнительное реле будет иметь в 2 раза большую чувствительность, чем реле фаз А и С.

Поскольку установка третьего реле усложняет схему, его следует применять только в тех случаях, когда расчетами установлена недостаточная чувствительность фазовых реле при двухфазных к. з. за трансформатором с соединением обмоток звезда—треугольник.

в) Двухфазная однорелейная схема с соединением трансформаторов тока на разность токов двух фаз

Эта схема наиболее экономична, так как требует установки двух трансформаторов тока и только одного реле (рис. 7-9, в).

Первичные обмотки трансформаторов тока включаются в две фазы защищаемого элемента (например А и С на рис. 7-9, в), а вторичные обмотки соединяются на разность токов.

Для этого начало обмотки фазы А соединяется с концом обмотки фазы С, а конец обмотки фазы А — с началом обмотки фазы С. К точкам соединения вторичных обмоток подключается обмотка токового реле.

Ток в реле равен геометрической разности вторичных токов

Из векторной диаграммы на рис. 7-12, а видно, что в нормальном симметричном режиме, когда ток в реле равен:

Поскольку в рассматриваемой схеме ток в реле в раз больше тока I₂ во вторичных обмотках трансформаторов тока, то коэффициент схемы составляет:

В части поведения при замыканиях на землю разных фаз в двух точках сети с изолированной нейтралью схема имеет те же свойства, что и рассмотренная выше схема на рис. 7-9, а.

Одним из недостатков однорелейной схемы является ее различная чувствительность при разных видах к. з., что поясняется векторными диаграммами вторичных токов и токов в реле на рис. 7-12:

трехфазное к. з. (рис. 7-12, а)

Из рассмотренного видно, что при двух видах двухфазных к. з. схема имеет в раз меньшую чувствительность, чем при трехфазных к. з.

Другим весьма существенным недостатком схемы является отказ в действии при одном из трех возможных видов двухфазного к. з. за трансформатором с соединением обмоток звезда — треугольник. Как показано на рис. 7-11, при двухфазном к. з. между фазами а и b со стороны треугольника токи в фазах А и С со стороны звезды, на которых установлены трансформаторы тока, равны по величине и имеют одинаковое направление. Поэтому ток в реле, равный разности вторичных токов, равен нулю:

Наличие указанных недостатков ограничивает использование однорелейной схемы, которая, несмотря на ее экономичность, применяется в основном для защиты электродвигателей.