Защита линий или фидеров

Так как длина линии передачи электроэнергии обычно достаточно велика и она проходит через открытую атмосферу, вероятность возникновения неисправности на линии передачи электроэнергии гораздо выше, чем на трансформаторах и генераторах. Именно поэтому линия передачи требует гораздо больше защитных схем, чем трансформатор и генератор.
Защита линии должна иметь некоторые специальные особенности, такие как-

1. При неисправности должен срабатывать только выключатель, ближайший к точке неисправности.

2. Если выключатель, ближайший к точке неисправности, не сработает, следующий за ним выключатель сработает в качестве резервного.

3. Время срабатывания реле, связанного с защитой линии, должно быть минимальным, чтобы предотвратить ненужное срабатывание выключателей, связанных с другими здоровыми частями энергетической системы.

Упомянутые выше требования делают защиту линии передачи значительно отличающейся от защиты трансформатора и другого оборудования энергетических систем. Основные три метода защиты линии передачи – это:

1. Защита с временной градацией по току.

2. Дифференциальная защита.

3. Защита по расстоянию.

Защита с временной градацией по току

Это также можно называть просто защитой от перегрузки по току для линий передачи электроэнергии. Давайте обсудим различные схемы защиты с временной градацией по току.

Защита радиальной линии питания

На радиальной линии питания энергия течет только в одном направлении, от источника к нагрузке. Такие линии питания можно легко защитить, используя либо реле с постоянной задержкой, либо реле с обратной задержкой.

Защита линии реле с постоянной задержкой

Эта схема защиты очень проста. Здесь вся линия разделена на разные секции, и каждая секция оснащена реле с постоянной задержкой. Реле, ближайшее к концу линии, имеет минимальную настройку времени, а время срабатывания других реле последовательно увеличивается, приближаясь к источнику.
Например, предположим, что есть источник в точке A, как показано на рисунке ниже

В точке D установлен выключатель CB-3 с реле, имеющим постоянное время срабатывания 0,5 сек. Последовательно, в точке C установлен другой выключатель CB-2 с постоянным временем срабатывания реле 1 сек. Следующий выключатель CB-1 установлен в точке B, которая ближе всего к точке A. В точке B реле настроено на время срабатывания 1,5 сек.
Теперь предположим, что в точке F произошла неисправность. Из-за этой неисправности ток неисправности пройдет через все трансформаторы тока (ТТ), подключенные к линии. Но так как время срабатывания реле в точке D минимально, выключатель CB-3, связанный с этим реле, сработает первым, чтобы изолировать зону неисправности от остальной части линии. Если по какой-либо причине CB-3 не сработает, то следующее реле с большим временем срабатывания сработает, чтобы инициировать срабатывание связанного с ним выключателя. В этом случае сработает CB-2. Если CB-2 также не сработает, то следующий выключатель, то есть CB-1, сработает, чтобы изолировать большую часть линии.

Преимущества защиты линии реле с постоянной задержкой

Основное преимущество этой схемы — простота. Второе важное преимущество заключается в том, что при неисправности сработает только ближайший выключатель к источнику от точки неисправности, чтобы изолировать конкретный участок линии.

Недостатки защиты линии реле с постоянной задержкой

Если количество секций на линии довольно велико, время срабатывания реле, ближайшего к источнику, будет очень долгим. Поэтому при любой неисправности, близкой к источнику, потребуется много времени, чтобы ее изолировать. Это может вызвать серьезные разрушительные эффекты на системе.

Защита линии от перегрузки по току реле с обратной задержкой

Недостаток, о котором мы говорили в связи с защитой линии передачи с постоянной задержкой, можно легко преодолеть, используя реле с обратной задержкой. В реле с обратной задержкой время срабатывания обратно пропорционально току неисправности.

На рисунке выше общее время срабатывания реле в точке D минимально, и это время последовательно увеличивается для реле, связанных с точками, приближающимися к точке A.
При любой неисправности в точке F, очевидно, сработает CB-3 в точке D. Если CB-3 не сработает, сработает CB-2, так как общее время срабатывания этого реле в точке C больше.
Хотя время срабатывания реле, ближайшего к источнику, максимально, но оно все равно сработает за короткий период, если основная неисправность произойдет близко к источнику, так как время срабатывания реле обратно пропорционально току неисправности.

Защита параллельных линий питания от перегрузки по току

Для обеспечения стабильности системы требуется питать нагрузку от источника двумя или более параллельными линиями. Если неисправность происходит на одной из линий, только эта неисправная линия должна быть изолирована от системы, чтобы обеспечить непрерывность питания от источника к нагрузке. Это требование делает защиту параллельных линий немного более сложной, чем простую недирекционную защиту от перегрузки по току, как в случае радиальных линий. Защита параллельных линий требует использования дирекционных реле и градации времени срабатывания реле для выборочного срабатывания.

Есть две линии, соединенные параллельно от источника к нагрузке. Обе линии имеют недирекционные реле перегрузки по току на стороне источника. Эти реле должны быть реле с обратной задержкой. Также обе линии имеют дирекционные реле или реле обратной мощности на их стороне нагрузки. Реле обратной мощности, используемые здесь, должны быть мгновенного типа. То есть эти реле должны срабатывать, как только поток мощности в линии меняется. Нормальное направление мощности — от источника к нагрузке.
Теперь, предположим, что в точке F произошла неисправность, скажем, ток неисправности If. Эта неисправность получит два параллельных пути от источника, один через выключатель A и другой через CB-B, линию-2, CB-Q, шину нагрузки и CB-P. Это четко показано на рисунке ниже, где IA и IB — это токи неисправности, распределенные между линией-1 и линией-2 соответственно.

Согласно закону Кирхгофа, IA + IB = If.

Теперь, IA течет через CB-A, IB течет через CB-P. Так как направление тока в CB-P изменяется, он сработает мгновенно. Но CB-Q не сработает, так как направление тока (мощности) в этом выключателе не меняется. Как только CB-P сработает, ток неисправности IB перестанет течь через линию, и, следовательно, нет вопроса о дальнейшем срабатывании реле обратной задержки. IA продолжает течь, даже после того, как CB-P сработал. Затем, из-за перегрузки по току IA, сработает CB-A. Таким образом, неисправная линия изолируется от системы.

Дифференциальная защита с пилотной проводкой

Это просто дифференциальная схема защиты, применяемая к линиям. Несколько дифференциальных схем применяются для защиты линий, но наиболее популярны система баланса напряжения Мерца-Прайса и схема Translay.

Система баланса напряжения Мерца-Прайса

Принцип работы системы баланса напряжения Мерца-Прайса довольно прост. В этой схеме защиты линии, идентичные ТТ подключены к обоим концам линии. Полярность ТТ одинакова. Вторичные цепи этих трансформаторов тока и рабочие катушки двух мгновенных реле образуют замкнутую цепь, как показано на рисунке ниже. В цепи используется пилотный провод, чтобы соединить вторичные цепи обоих ТТ