Для обеспечения функционирования защиты при устойчивых замыканиях предлагается использовать некоторое увеличение активной составляющей тока за счет включения резисторов параллельно ДГР. Такое решение широко используется в зарубежной практике. Так как дополнительный активный ток приводит к ухудшению условий гашения заземляющей дуги, то в данном случае принимается, что дополнительная активная составляющая тока, обусловленная подключением резисторов, не должна превышать 10 % от суммарного емкостного тока сети. Ограничение дополнительного активного тока важно также и потому, что стоимость аппаратуры для увеличения активной составляющей тока, очевидно, тем меньше, чем меньшим принят дополнительно накладываемый на сеть активный ток.

При устойчивом замыкании ток нулевой последовательности, протекающий в месте установки защиты при замыкании на защищаемой линии и внешнем замыкании соответственно равны:

,

,

где ; ; ;

- коэффициент растройки компенсации;

- суммарные емкость и активная проводимость фаз сети относительно земли;

- проводимость, учитывающая потери и эквивалентная индуктивность дугогасящих реакторов;

- ток дополнительного заземляющего резистора.

Естественно, что на работу защиты будут оказывать влияние токовая и угловая погрешности ТТНП. Если в схеме замещения ТТНП принять сопротивление ветви намагничивания чисто индуктивным, а сопротивление нагрузки чисто активным, то токовая и угловая погрешности однозначно определяются отношением сопротивления нагрузки к сопротивлению ветви намагничивания в соответствии со следующими соотношениями:

, ,

где , - токовая и угловая погрешности ТТНП;

- сопротивление вторичной цепи ТТНП;

- сопротивление ветви намагничивания ТТНП.

Важно отметить, что даже при сравнительно малой токовой погрешности, угловая погрешность может достигать больших значений. Например, при погрешности по току 6 %, угловая погрешность достигает значения 20 градусов.

Самым простым способом использования повышенной активной составляющей, является реагирование на абсолютную величину тока, так как в этом случае на работу защиты не будет оказывать влияние угловая погрешность. При коэффициентах чувствительности и отстройки 1,25, и активном токе селективная работа защиты обеспечивается при токе срабатывания на всех линиях равном 0,12 от суммарного емкостного тока, если собственный емкостный ток отдельной линии не превышает 0,13 от суммарного емкостного тока.

Практически, собственный емкостный ток отдельной линии может быть значительно больше, поэтому далее рассматривается выполнение защиты, реагирующей на абсолютную величину активной составляющей тока. Измеренное значение абсолютного значения активной составляющей тока при замыкании на защищаемой линии и внешнем замыкании с учетом погрешностей ТТНП соответственно равны:

,

,

где - угол между первичным током и напряжением повреждённой линии;

- угол между первичным током и напряжением неповрежденной линии.

В этом случае на работу защиты существенное влияние оказывает угловая погрешность ТТНП и расстройка компенсации.

Далее рассмотрены два возможных случая:

1. Сеть не оборудована средствами автоматической настройки компенсации и поэтому величина возможной в эксплуатации расстройки компенсации принимается в пределах ±20 %.

2. Сеть оборудована автоматической настройкой компенсации. В этом случае, в соответствии с существующими требованиями, расстройка компенсации не должна выходить за пределы ±5 %.

В первом случае при наличии в сети линии с собственным емкостным током до 50 % от суммарного емкостного тока и одинаковым током срабатывания на всех линиях, равным 0,08 от суммарного емкостного тока, селективная работа защиты обеспечивается, если угловая погрешность ТТНП не превышает 8 градусов. При применении автоматической настройки компенсации и токе срабатывания 0,095 на всех линиях, может быть допущена большая угловая погрешность (9,4 градуса). При угловой погрешности ТТНП меньше указанных величин правильная работа защиты может быть обеспечена при меньшем дополнительном активном токе.

В устройсве защиты выполняется перемножение, электрических величин, пропорциональных мгновенным значениям тока и напряжения нулевой последовательности. Среднее значение этого произведения, как известно, пропорционально активной составляющей мощности [6].

Далее рассмотрим предлагаемый алгоритм обработки электрических величин на предмет совместимости работы защиты как при устойчивых, так и при дуговых перемежающихся замыканиях. Основой для решения этой части задачи является известное обстоятельство, заключающееся в том, что в начальной стадии переходного процесса при пробое изоляции знаки мгновенных значений тока и напряжения нулевой последовательности в зависимости от принятого положительного направления либо совпадают, либо противоположны, и существуют в одно и то же время [4]. Поэтому в начальной стадии переходного процесса абсолютная величина сигнала, формируемого как среднее значение произведения тока и напряжения, имеет некоторое определенное значение. Так как частота переходных токов может составлять до несколько тысяч герц, то непосредственное использование электрических величин переходного процесса в современной микропроцессорной аппаратуре довольно затруднительно, поскольку требует применения аналого-цифровых преобразователей с большой частотой дискретизации. Поэтому электрические величины нулевой последовательности, используемые в устройстве защиты, подвергаются дополнительному преобразованию с помощью фильтров низких частот с одинаковыми частотными характеристиками в каналах тока и напряжения. Такое преобразование не нарушает функционирование защиты при устойчивых замыканиях, так как не приводит к изменению взаимного фазового сдвига между током и напряжением. При перемежающихся замыканиях соотношение знаков тока и напряжения при применении фильтров также не нарушается, но значительно увеличивает время, в течение которого возможна их цифровая обработка. Результаты моделирования работы защиты в программе MATLAB, для случая, когда после каждого очередного пробоя изоляции дуга гаснет при первом прохождении через ноль переходного тока дозаряда емкостей неповрежденных фаз, приведены на рисунке 1. Суммарный емкостный ток моделируемой сети принят равным 50 А, а собственный емкостный ток защищаемой линии - 50 % от суммарного ёмкостного тока сети. Как видно, среднее значение произведения тока и напряжения нулевой последовательности, формируемое в каждом цикле зажигания и погасания дуги, при замыкании на защищаемой линии значительно больше, чем при внешнем замыкании. Это объясняется тем, что благодаря наличию фильтра низких частот эта величина определяется не только током за время горения дуги, но и начальным значением тока стекания избыточных зарядов после погасания дуги. Направление тока стекания в повреждённой линии совпадает с направлением тока во время горения дуги, а в неповреждённой линии направления этих токов противоположны. Абсолютное значения параметра, формируемого как среднее значение произведения тока и напряжения, приведенных ко вторичной стороне, при устойчивых и перемежающихся замыканиях соотносятся так, что при установке тока срабатывания, как указано выше, условия чувствительности и селективности при перемежающихся замыканиях выполняются. Например, при принятых параметрах моделируемой сети, среднее значение произведения тока и напряжения, соответствующее принимаемым токам срабатывания по условию установившегося замыкания, составляет 16-19 ВА. При тех же условиях максимальное значение этого параметра при внутреннем перемежающемся замыкании составляет около 35 ВА, а при внешнем - около 10 ВА.

а б

Рис. 1. Иллюстрация функционирования защиты при перемежающихся замыканиях: а - замыкание на защищаемой линии, б - внешнее замыкание _ ток нулевой последовательности приведенный ко вторичной стороне ТТНП, _ напряжение нулевой последовательности приведенное ко вторичной стороне, _ сигнал на выходе защиты

Выводы