Защиты, реагирующие на токи переходного режима

Токи высокой частоты возникают во время переход­ного процесса в момент замыкания на землю. Их появление объясняется тем, что в начальный момент замыкания на зем­лю емкость заземлившейся фазы разряжается, а емкости двух других фаз дозаряжаются, поскольку напряжения на них относительно земли возрастают до междуфазного.

Указанный процесс разряда и дозаряда емкостей фаз носит характер периодических токов с затухающими амплитудами (рис. 9.12).

Частота колебаний и скорость их затухания определяются L, С и R зарядного и разрядного контуров. Расчеты и опыты показывают, что разрядный ток продолжается не более 0,01 с, имеет частоту порядка 1-5 кГц, а его максимальное значение (амплитуда первого периода) в десятки раз превосходит ампли­туду основной составляющей тока установившегося режима; время затухания зарядного тока достигает 0,015-0,25 с, частота находится в пределах 400-800 Гц, амплитуды значительно меньше, чем у зарядного тока.

Различие в частотах объясняется тем, что токи разряда i _Cразр и заряда i _Cзар проходят по разным контурам, имеющим разные индуктивности L, разрядный ток i _Cразр проходит толь­ко по проводам линий, минуя источники питания (генераторы, трансформаторы) (рис. 9.13). Токи за­ряда i _Cзар замыкаются через боль­шое индуктивное сопротивление об­моток источников питания, что при­водит к замедлению процесса зату­хания и уменьшает частоту токов.

С некоторым приближением считается, что отношение максимальных значений переходных токов к их установив­шимся значениям пропорционально отношению частот f пере­ходного режима к рабочей частоте 50 Гц. Поэтому переходные токи могут в десятки раз превосходить токи установившегося режима.

На поврежденной линии переходный ток имеет поэтому максимальное значение. На неповрежденных линиях этот ток соответственно меньше, а его направление противополож­но направлению тока в поврежденной линии.

В первом периоде переходного процесса (в его начальной стадии) преобладают токи разряда, во втором периоде (во второй стадии), после затухания тока разряда, остается раз­рядный ток с меньшими амплитудами и частотой, переходя­щий через 0,15-0,25 с в установившийся ток I _з. Для выполне­ния РЗ используется первая стадия переходного процесса. Наличие ДГР в компенсированных сетях не влияет на харак­тер переходного процесса, так как индуктивность ДГР и транс­форматора, к которому они подключаются, значительно больше индуктивности проводов ЛЭП, поэтому ток дугогасящего ре­актора нарастает очень медленно и появляется лишь после затухания токов разряда.

Реле тока, реагирующее на начальное значение (ампли­туду) переходного тока, должно выполняться быстродейст­вующим с t _ср < 0,1 с. При больших значениях начальных ампли­туд защита может подключаться к трехтрансформаторному фильтру НП и к обычным ТНП на ток 3 I ₀ через фильтр, пропускающий в измерительный орган реле только токи ВЧ бо­лее 1000 - 2000 Гц. Селективность действия РЗ так же, как и у РЗ, реагирующих на высшие гармоники 3 I ₀ установившегося режима, основана на использовании различия в значении и направлении переходного тока в поврежденном и неповреж­денном присоединении, с учетом того, что в поврежденной ЛЭП на участке между местом замыкания (точка ) и сбор­ными шинами подстанции Р (место установки РЗ) ток равен сумме токов неповрежденных присоединений.

По принципу действия РЗ могут выполняться реагирующими (на абсолютное значение тока в каждом присоединении или в виде устройства, сравнивающего между собой значения то­ков присоединений и определяющее по относительно больше­му току поврежденное присоединение. Защита, реагирующая на значение тока переходного режима, пока не нашла широ­кого применения, но в этой области ведутся разработки.

Ивановским государственным энергетическим университе­том разработано и установлено в ряде энергосистем, для про­верки в эксплуатации, централизованное устройство селек­тивной сигнализации типа ЦНУЗЗ ("Импульс"). Оно основано на использовании электрических величин переходного про­цесса, возникающих в момент пробоя изоляции на землю. В частности, осуществляется контроль мгновенной мощности нулевой последовательности.

Большие исследования и разработка защиты, реагирующей на волновые процессы, были проведены в ЭНИН АН СССР им. Г. М. Кржижановского.