Зачем нужна направленная максимальная токовая защита?
Почему мы используем направленную максимальную токовую защиту? Когда направление тока повреждения становится важным? Ну, электросетевая сеть состоит из сети электростанций, подстанций и линий электропередач. Помимо простой радиальной системы с одним концом, существуют еще более сложные системы, такие как силовые системы с двойным концом и параллельные фидеры в кольцеобразовании.
Основы направленной максимальной токовой защиты в электрической сети (на фото: защитное реле ABB REF615, кредит: MARUF KHAN через Youtube)
Поэтому во многих случаях не только необходимо знать величину тока повреждения, но также и его направление.
Радиальная система с двойным концом показана на рисунке 1. В этом примере линия подается с обоих концов. Защитные зоны обозначаются эллипсами. Требование состоит в том, чтобы открыть все выключатели в любой защитной зоне, где произошла ошибка, но ни одна из других.
В этом примере невозможно создать адекватную схему защиты с использованием ненаправленных защитных устройств.
Рисунок 1 - Система с двойным концом
Рассмотрим неисправность F C5. Как определено зонами, только CB 4 и 5 должны срабатывать. Поскольку CB 3 находится в непосредственной близости от CB 4, не будет большой разницы в токе короткого замыкания, протекающем через эти два автоматических выключателя, поэтому IDMT IED (реле с независимым минимальным временем защиты) не сможет различать их. Такая же ситуация применяется и для CB 5 и CB 6.
Это означает, что при использовании ненаправленных устройств КБ 3, 4, 5 и 6 отключились бы в случае неисправности на F C5. Понятно, что нам нужно устройство, способное определять направление тока повреждения, а также его величину.
Направленные устройства защиты от сверхтоков могут достичь этого требования, хотя и за дополнительную плату. Направленные СВУ определяют направление тока повреждения путем измерения напряжения с помощью трансформатора напряжения, а также тока с трансформатором тока и установления разности фаз.
В этой технической статье нет подробных сведений о том, как именно это достигается, но можно видеть, что можно определить направление тока повреждения и основать решение об отклонении по этому критерию.
Рассмотрим снова ошибку в F C5. На этот раз предположим, что у нас есть направленные СВУ. Если мы сконфигурируем IEDs для отключения сверхтоков только в том случае, если направление тока течет от шины, CB 4 и CB 5 будут отключены, но CB 3 и CB 6 не будут.
Обобщить //
IED по перегрузке по току должен срабатывать всякий раз, когда мощность отказа отходит от шины, но должна сдерживаться всякий раз, когда мощность отказа протекает по направлению к шине. Существуют и другие ситуации, в которых нет двойных источников, где необходимы устройства направленной защиты.
Параллельные питатели в системе с одним концом
Один пример - для системы с параллельным питанием с одним концом. На рисунке 2 показана ситуация, когда неисправность на одной из параллельных линий подается как с поврежденной линией, так и с здоровой.
Рисунок 2 - Параллельные фидеры в системе с одним концом
Эти диаграммы показывают, что ток повреждения будет протекать не только от источника, через CB 4, но и от источника, через CB 1, CB 2, Bus B и CB3. Если используются ненаправленные СВУ, все автоматические выключатели будут отключены, таким образом изолируя здоровый участок линии между (1) и (2).
Эта проблема может быть решена путем введения направленного СВУ в (2) и (3). Если направление отключения установлено таким образом, что они будут отключаться, когда неисправность находится вдали от шины, только CB в требуемой зоне будут отключены. В приведенном выше примере CB 2 не отключается, так как ошибка протекает по направлению к шине.
Направленные СВУ более дорогие, чем ненаправленные. Более того, они требуют использования дополнительного трансформатора напряжения. По этим причинам их следует использовать только в случае крайней необходимости. Вы можете убедиться, что в этом примере ненаправленные ИЭУ будут достаточными для позиций (1) и (4).
Кольцевая основная подающая система
Другим примером, в котором направлены направленные ИЭУ, является система кольцевого основного фидера, как показано на рисунке 3. Такая система позволяет поддерживать питание для всех нагрузок, несмотря на неисправность на любом участке фидера. Ошибка в любом разделе приводит к отключению только CB, связанных с этой секцией.
Затем мощность переходит на нагрузку через альтернативный путь.
Рисунок 3 - Защита кольцевого фидера с использованием направленного максимального тока IED
Направленные СВУ и их направление срабатывания обозначены стрелками на диаграмме. Стрелки с двойным концом указывают ненаправленные ИЭУ, так как они срабатывают с токами, протекающими в любом направлении.
Направленная максимальная токовая защита (VIDEO)
Ссылка // Принципы автоматизации подстанции Майкла Дж. Бергстрома