УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ)

Устройство для токовой направленной защиты двух параллельных линий трёхфазной электрической установки (варианты) Полезная модель относится к области электротехники, в частности к токовой направленной дифференциальной защите, и может быть использовано для защиты параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке в одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями. Известно устройство для токовой направленной защиты параллельных линий трёхфазной электрической установки, содержащее трансформаторы тока, подключенные в каждую фазу каждой линии в рассечку фаз силовой цепи и токовое реле по одному на каждую фазу 1 . Недостатком известного устройства является сложность из-за наличия в каждой фазе токового реле и реле направления мощности, и, как следствие, значительная потребляемая мощность по цепям переменного тока защиты. Кроме того из-за наличия реле направления мощности необходимо подводить напряжение от трансформаторов напряжения шин подстанции и включать их по типовым, специальным схемам, учитывая при этом наличие мёртвой зоны по напряжению, зону каскадного действия МКИ 7 Н02 Н 3/347
защиты, что снижает, в общем случае, чувствительность, надёжность и быстродействие защиты при её работе.
Техническим результатом предложенных технических решений является устранение, указанных выше недостатков, то есть упрощение, снижение потребляемой мощности и повышение чувствительности и быстродействия защиты.
Технический результат в первом варианте полезной модели достигается за счет того, что в устройстве для токовой направленной защиты двух параллельных линий трёхфазной электрической установки, содержащем трансформаторы тока по три на каждую линию, первичные обмотки которых подключены в каждой линии в рассечки соответствующих фаз силовой цепи, а вторичные обмотки трансформаторов тока каждой линии соединены по схеме звезда, кроме того, первое и второе токовые реле по одному на каждую линию, каждое токовое реле выполнено в виде электромагнитного токового реле с исполнительным органом и насыщающимся трансформатором тока, на среднем стержне магнитопровода которого расположены три первичные обмотки, объединённые одними из одноимённых выводов, каждая из которых подключена через первичную обмотку соответствующего промежуточного трансформатора тока к вторичной обмотке трансформатора тока соответствующей фазы соответствующей линии, а также подключена к вторичной обмотке промежуточного трансформатора тока соответствующей фазы и соответствующей линии, при этом первичная и
вторичная обмотки каждого из промежуточных трансформаторов тока соединены между собой согласно последовательно, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока каждого электромагнитного токового реле , расположенная на одном из крайних стержней магнитолровода,
подключена ко входу исполнительного органа соответствующего электромагнитного токового реле, при этом каждый исполнительный орган содержит однофазный выпрямительный мост, конденсатор и пороговое устройство в виде поляризованного реле с рабочей и тормозной обмотками и контактами, обеспечивающими отключение соответствующей линии, выводы переменного тока однофазного выпрямительного моста являются входом соответствующего исполнительного органа, параллельно выходу выпрямительного моста подключены конденсатор и цепь из последовательно соединённых рабочей обмотки поляризованного реле, входящего в состав соответствующего исполнительного органа, и тормозной обмотки поляризованного реле другого исполнительного органа.
Возможно также выполнение каждого промежуточного трансформатора тока в виде автотрансформатора и/или с возможностью регулирования коэффициента трансформации.
В первом варианте устройства наличие промежуточных трансформаторов дополнительно повышает чувствительность защиты за счет снижения рабочих точек на кривых намагничивания трансформаторов тока и снижения тока небаланса.
. Во втором варианте устройства технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для токовой направленной защиты двух параллельных линий трёхфазной электрической установки, содержащем трансформаторы тока по три на каждую линию, первичные обмотки которых подключены в каждой линии в рассечки соответствующих фаз силовой цепи, а вторичные обмотки трансформаторов тока каждой линии соединены по схеме звезда, кроме того, первое и второе токовые реле по одному на каждую линию, каждое токовое реле выполнено в виде электромагнитного токового реле с исполнительным органом и насыщающимся трансформатором тока, на среднем стержне магнитопровода которого расположены три первичные обмотки, объединённые одними из одноимённых выводов, другие выводы каждой из которых соединены с фазными выводами вторичной обмотки трансформатора тока соответствующей фазы соответствующей линии, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока каждого электромагнитного токового реле выполнена из двух одинаковых секций, расположенных на соответствующих крайних стержнях магнитопровода и соединенных согласно между собой, и подключена к входу исполнительного органа соответствующего электромагнитного токового реле, каждый насыщающийся трансформатор тока содержит, по крайней мере, одну тормозную обмотку, состоящую из двух одинаковых секций, расположенных на соответствующих крайних стержнях магнитопровода и соединенных встречно- последовательно, тормозная обмотка включена между общей
точкой вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующей линии последовательно с первичными обмотками соответствующего насыщающегося трансформатора тока, каждый исполнительный орган содержит однофазный выпрямительный мост, конденсатор и пороговое устройство в виде поляризованного реле с рабочей и тормозной обмотками и контактами, обеспечивающими отключение соответствующей линии., при этом выводы переменного тока однофазного выпрямительного моста являются входом соответствующего исполнительного органа, параллельно выходу выпрямительного моста подключены конденсатор и цепь из последовательно соединённых рабочей обмотки поляризованного реле, входящего в состав соответствующего исполнительного органа, и тормозной обмотки поляризованного реле другого исполнительного органа. В частном случае реализации тормозная обмотка может быть выполнена с возможностью изменения числа витков. Использование в устройстве второго варианта тормозной обмотки, включенной в нулевой провод дополнительно повышает чувствительность защиты, так как предотвращает её ложные срабатывания при переходных процессах обусловленных, например, короткими замыканиями за пределами линии. Поэтому пороговый орган может быть настроен на меньшую уставку, следствием чего является повышение чувствительности защиты.
В третьем варианте устройства технический результат достигается за счет того, что в устройстве для токовой направленной защиты двух параллельных линий трёхфазной электрической установки, содержащем
трансформаторы тока по три на каждую линию, первичные обмотки которых подключены в каждой линии в рассечки соответствующих фаз силовой цепи, а вторичные обмотки трансформаторов тока каждой линии соединены по схеме звезда, кроме того, первое и второе токовые реле по одному на каждую линию, каждое токовое реле выполнено в виде электромагнитного токового реле с исполнительным органом и насыщающимся трансформатором тока, на среднем стержне магнитопровода которого расположены три первичные обмотки, объединённые одними из одноимённых выводов, другие выводы каждой из которых соединены через первичную обмотку соответствующего промежуточного трансформатора тока с фазными выводами вторичной обмотки трансформатора тока соответствующей фазы соответствующей линии, вторичная обмотка промежуточного трансформатора тока подключена к соответствующей первичной обмотке соответствующего насыщающегося трансформатора тока, при этом первичная и вторичная обмотки каждого из промежуточных трансформаторов тока соединены между собой согласно последовательно, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока каждого электромагнитного токового реле выполнена из двух одинаковых секций, расположенных на соответствующих крайних стержнях магнитопровода и соединенных согласно между собой, и подключена ко входу исполнительного органа соответствующего электромагнитного токового реле, каждый из насыщающихся трансформаторов тока содержит по крайней мере одну
тормозную обмотку, состоящую из двух одинаковых секций, расположенных на соответствующих крайних стержнях магнитопровода и соединенных встречно - последовательно между собой, которая включена между общей точкой вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующей линии последовательно с первичными обмотками соответствующих фаз соответствующего насыщающегося трансформатора тока, при этом каждый исполнительный орган содержит однофазный выпрямительный мост, конденсатор и пороговое устройство в виде поляризованного реле с рабочей и тормозной обмотками и контактами, обеспечивающими отключение соответствующей линии, выводы переменного тока однофазного выпрямительного моста являются входом соответствующего исполнительного органа, параллельно выходу выпрямительного моста подключены конденсатор и цепь из последовательно соединённых рабочей обмотки поляризованного реле, входящего в состав соответствующего исполнительного органа, и тормозной обмотки поляризованного реле другого исполнительного органа. Насыщающийся трансформатор тока может иметь одну тормозную обмотку, которая включена между общей точкой вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующей линии и общей точкой первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока, кроме того, три дополнительных тормозных обмотки, каждая из которых включена последовательно с первичной обмоткой соответствующей фазы соответствующего насыщающегося трансформатора тока.
Предложенная фуппа полезных моделей обеспечивает возможность выбора и фиксации всех видов повреждений на параллельных линиях электроустановки с помощью только двух электромагнитных токовых реле, с насыщающимися трансформаторами тока, используя лишь токовые параметры, защищаемых линий при этом повышается чувствительность защиты.
Полезная модель поясняется чертежом , где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема примера выполнения устройства для токовой направленной защиты двух параллельных линий трёхфазной электрической установки, соответствующий второму варианту устройства На фиг.2, 3 представлены схемы подключения первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока электромагнитного токового реле к трансформаторам тока первой и второй линий соответственно через промежуточный трансформатор тока, в соответствии с первым и третьим вариантами устройства.
На фиг.1 изображены первая и вторая параллельные линии 1, 2 трёхфазной электрической установки. В рассечку фаз А, В, С первой линии 1 включены первичные обмотки трансформаторов тока 3, 4, 5. В рассечку фаз А , В , С  силовой цепи второй линии 2 включены первичные обмотки трансформаторов тока 6, 7, 8 соответственно. Направление включения
первичных обмоток трансформаторов тока 3, 4, 5 в первой линии 1 совпадает с направлением включения первичных обмоток трансформаторов тока 6, 7, 8 во второй линии 2. В рассматриваемом примере выполнения вторичные обмотки трансформаторов тока 3, 4, 5 и 6, 7, 8 соединены по схеме звезда. Вывод 20 точки соединения концов первичных обмоток 11, 12, 13 насыщающегося трансформатора тока 9, входящего в состав первого электромагнитного токового реле, соединен с точкой соединения концов вторичных обмоток трансформаторов тока 3, 4, 5 через тормозную обмотку 26 насыщающегося трансформатора тока 9. Начала обмоток 11, 12, 13 соединены с началами вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока 3, 4, 5 через выводы 14, 15, 16 соответственно. Вторичная обмотка 17 насыщающегося трансформатора тока первого электромагнитного токового реле подключена ко входу исполнительного органа 10 первого электромагнитного токового реле.
В состав исполнительного органа 10 входят: однофазный выпрямительный мост 21, подключенный параллельно его выходу конденсатор 22, первое поляризованное реле с рабочей обмоткой 23, тормозной обмоткой 24 и замыкающими контактами 25, включёнными в цепь отключения выключателя первой линии 1 и предназначенными для отключения первой линии 1. Выводы 18, 19 обмотки 17 соединены со входом (выводами переменного тока) моста 21, который является входом исполнительного органа 10.
Z00//0J13Z0
Вывод 20 точки соединения концов первичных обмоток 11, 12, 13 насыщающегося трансформатора тока 9, входящего в состав второго электромагнитного токового реле, через тормозную обмотку 261 насыщающегося трансформатора тока 9 соединен с точкой соединения концов вторичных обмоток трансформаторов тока 6, 7, 8. Начала обмоток 11, 12, 13 соединены с началами вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока 6, 7, 8 через выводы 14 15 16соответственно. Вторичная обмотка 17насыщающегося трансформатора тока второго электромагнитного токового реле подключена ко входу исполнительного органа 10 второго электромагнитного токового реле.
В состав исполнительного органа 10 входят: однофазный выпрямительный мост 21, подключенный параллельно его выходу конденсатор 22, первое поляризованное реле с рабочей обмоткой 23, тормозной обмоткой 24 и замыкающими контактами 25, включёнными в цепь отключения выключателей второй линии 2 и предназначенными для отключения второй линии 2. Выводы 18, 19 обмотки 17 соединены со входом (выводами переменного тока) моста 21, который является входом исполнительного органа 10.
Полярный вывод рабочей обмотки 23 первого поляризованного реле соединён с полярным выводом тормозной обмотки 24 второго поляризованного реле. Неполярный вывод рабочей обмотки 23 соединён с отрицательным выводом выхода моста 21, неполярный вывод обмотки 24
соединён с положительным выводом выхода моста 21. Полярный вывод рабочей обмотки 23;второго поляризованного реле соединён с полярным выводом тормозной обмотки 24 первого поляризованного реле. Неполярный вывод обмотки 24 соединён с положительным выводом выхода однофазного выпрямительного моста 21. Неполярный вывод обмотки 23 соединён с отрицательным выводом выхода моста 21. Насыщающийся трансформатор тока 9 (9) для всех вариантов устройства выполнен на трехстержневом сердечнике, на среднем стержне которого расположены первичные обмотки 11-13 (11-13), которые могут быть выполнены как с разными , так и с одинаковыми числами витков Для второго и третьего вариантов устройства вторичная обмотка 17 (17) выполнена в виде двух полу обмоток, каждая из которых расположена на соответствующем крайнем стержне сердечника насыщающегося трансформатора тока, которые соединены согласно между собой. Для второго и третьего вариантов устройства насыщающийся трансформатор тока 9(9) содержит также выполненную в виде двух полу обмоток, каждая из которых расположена на соответствующем крайнем стержне насыщающегося трансформатора тока, которые соединены встречно последовательно между собой. В качестве насыщающегося трансформатора тока для второго и третьего вариантов устройств в частном случае может быть применен трансформатор, конструкция которого приведена в (2).
В устройстве соответствующему первому варианту реализации полезной модели может быть применен насыщающийся трансформатор тока, конструкция которого представлена в (3). На одном из крайних стержней сердечника магнитопровода трансформатора (9, 9) первого варианта устройства расположена вторичная обмотка, а на его среднем стержне и другом крайнем стержне расположены две секции короткозамкнутой обмотки, в цепь которой включено переменное сопротивление..
В качестве поляризованного реле можно использовать поляризованные реле, конструкция которых описана в 4.
В первом и третьем вариантах устройства (фиг.2, 3) первичные обмотки 11 -13 (11 -13), подключены к соответствующим вторичным обмоткам 3-5 и 6-8 через первичные обмотки 33-35 (33-35) соответствующих промежуточных трансформаторов 27-29 (27-29). При этом вторичные обмотки промежуточных трансформаторов 27-29 (27-29) включены между соответствующими выводами 14-16 (14-16;) первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока 9 (9) и объединенными выводам первичных обмоток трансформаторов тока 3-5 (6-8) соответствующей линии. В первом варианте устройства объединенные выводы первичных обмоток 3-5 (6-8) соединены с общим выводом первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока 20 (201) непосредственно, а во втором через тормозную обмотку 26 (26). При этом первичная и вторичная обмотки промежуточных трансформаторов
соединены между собой разноименными выводами. Обмотки промежуточных трансформаторов тока могут быть соединены по автотрансформаторной схеме и выполнены с промежуточными отводами.
Токовая направленная защита двух параллельных линий трёхфазной электрической установки реализуется следующим образом. При включении в сеть электроустановки в проводах фаз А: В, С и А , В , С  её параллельных линий 1, 2 и в первичных обмотках трансформаторов тока 3-8 протекают первичные фазные токи Га, ГЬ, Гс первой линии 1 и Га, ГЬ,  - второй линии 2, которые преобразуются в трансформаторах тока 3-8 во вторичные фазные токи ia, ib, Гс первой и Га, ГЬ, Гс второй линий соответственно.
Токи ia, ib, ic, протекая по обмоткам 11, 12, 13, создают в сердечнике магнитопровода насыщающегося трансформатора тока 29 результирующий магнитный поток, величина и направление которого определяется величиной и направлением геометрической сумы токов ia, ib, ic, которая, в свою очередь, связана однозначной зависимостью с геометрической суммой токов Ia, ГЬ, Гс.
На вторичной обмотке 17 формируется напряжение, величина которого определяется величиной результирующего магнитного потока сердечника трансформатора 9. Аналогичным образом формируется напряжение на обмотке 17 трансформатора 9.
Напряжение с обмотки 17(17) поступает на вход моста 21(21) в выходной цепи которого формируется однонаправленный ток, величина которого определяется величиной напряжения на обмотке 17(17).
Однонаправленный ток выходной цепи моста 21 замыкается через последовательно включенные тормозную обмотку 24 второго поляризованного реле и рабочую обмотку 23 первого поляризованного реле. Однонаправленный ток выходной цепи моста 21 замыкается через последовательно соединенные рабочую обмотку 23 второго поляризованного реле и тормозную обмотку 24 первого поляризованного реле.
При превышении разности токов, протекающих через рабочую 23 и тормозную 24 обмотки первого поляризованного реле, заданного порогового уровня (уставки реле) замыкаются замыкающие контакты 25, при этом подаётся напряжение на цепь отключения выключателя первой линии 1, которая отключается.
При превышении разности токов, протекающих через рабочую 23 и тормозную 24 обмотки второго поляризованного реле, заданного порогового уровня (уставки реле) замыкаются замыкающие контакты 25,  при этом подаётся напряжение на цепь отключения выключателя второй линии 2, которая отключается.
При нормальном симметричном режиме работы установки и отсутствии короткого замыкания в одной из линий первичные и, соответственно, вторичные фазные токи первой и второй линий являются симметричными трёхфазными последовательностями. Поэтому при равенстве чисел витков первичных обмоток насыщающихся трансформаторов тока 9 и 9, результирующие магнитные потоки,
созданные этими токами в сердечниках трансформаторов 9 и 91, равны нулю. Соответственно, равны нулю напряжения на их вторичных обмотках 17 и 17 и однонаправленные токи в выходных цепях однофазных выпрямительных мостов 21, 21. Токи через рабочие обмотки первого и второго поляризованных реле равны нулю, отключение линий 1, 2 не происходит. При разном числе витков первичных обмоток в каждом из насыщающихся трансформаторов тока 9 и 9 результирующие магнитные потоки в их сердечниках отличны от нуля, однако их величина ограничена и действие однонаправленных токов, протекающих по рабочим обмоткам 23, 23 поляризованных реле компенсируется действием однонаправленных токов, протекающих по тормозным обмоткам 24, 24 этих же реле, в связи с чем и в этом случае не происходит срабатывания поляризованных реле и отключения первой и второй линий.
При возникновении короткого замыкания в одной из защищаемых параллельных линий баланс первичных и, соответственно, вторичных фазных токов в этой линии нарушится, что приведёт к созданию в сердечнике насыщающегося трансформатора тока этой линии магнитного потока, при этом магнитный поток в сердечнике насыщающегося трансформатора тока другой линии либо отсутствует либо значительно ниже магнитного потока в сердечнике насыщающегося трансформатора тока повреждённой линии. В-следствии чего разность однонаправленных токов, протекающих через рабочую и тормозную обмотки поляризованного
реле, связанного с повреждённой линией превысит порог срабатывания, что приведёт к отключению линии, в которой возник аварийный режим.
При применении устройства, содержащего промежуточные трансформаторы 27-29 (27-29) (варианты 1, 3), на первичные обмотки насыщающихся трансформаторов тока поступают как токи вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 (6-8), протекающие через первичные обмотки соответствующих промежуточных трансформаторов тока, так и совпадающие с ними по фазе токи вторичных обмоток этих же промежуточных трансформаторов, что позволяет уменьшить токи намагничивания трансформаторов тока и, соответственно предотвратить насыщение их магнитопроводов при максимальных значениях токов короткого замыкания, протекающих через их первичные обмотки.
При применении устройства, насыщающиеся трансформаторы тока электромагнитных токовых реле которого содержат тормозную обмотку (варианты 2, 3), ток, протекающий через тормозную обмотку создаёт в крайних стержнях сердечника магнитопровода тормозные потоки, которые увеличивают магнитные сопротивления крайних стержней. Этим достигается автоматическое загрубление электромагнитного реле при внешнем коротком замыкании, что предотвращает ложные срабатывания, при этом отпадает необходимость настройки защиты на большие токи небаланса, что в конечном итоге повышает чувствительность защиты.
2oa//ote& 16
Источники информации:
1.ЧЕРНОБР05ОВ Н.В. Релейная защита, Москва, «ЭНЕРГИЯ, 1971.С.254-265.
2.АЛЕКСЕЕВ B.C. и др. Реле защиты, Москва, «ЭНЕРГИЯ
3.ОВЧИННИКОВ В.В. Реле РНТ в схемах дифференциальных защит, Москва, «ЭНЕРГИЯ, 1973, с.27-39.
4.Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций , Москва, ЭНЕРГИЯ, 1979, с. 77- 82.
Zjoc4f0fe$&
Шинкаренко С.М. Шинкаренко А. С.