Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ-2. В схеме защиты ДЗЛ-2 использован комбинированный фильтр, ток на выходе которого пропорционален İ1—k2İ2. В качестве дифференциального реле применено поляризованное реле типа РП7 с двумя отмотками — рабочей и тормозной. Рабочая обмотка подключается к выпрямителю VS1, на вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению на вспомогательных проводах (рис. 10.5, б), а тормозная обмотка подключается к выпрямителю VS2, включенному на ток, пропорциональный току, циркулирующему по вспомогательным проводам. При токах Iн < 2,5 Iс.з защита сравнивает абсолютные значения и фазы токов İ1I и İ1II, а при больших кратностях тока к.з. за счет насыщения TLAT сравниваются, как указывалось, только фазы токов. Защита имеет быстродействующий автоматический контроль, выводящий ее из действия при повреждении вспомогательных проводов, а также автоматический и периодический контроль сопротивления изоляции вспомогательных проводов относительно земли. Защита типа ДЗЛ-2 предназначена для использования в качестве основной при всех видах короткого замыкания линия электропередачи протяженностью до 20 км (без ответвлений) в сетях с глухозаземленными нейтралями. Для использования защиты в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями производят соответствующие переключения цепей фильтра тока, обеспечивающие повышение чувствительности защиты и преимущественное отключение одной поврежденной линии при двойных замыканиях на землю.

ДЗ с косвенным контролем сопротивления, основанная на сравнении выпрямленных значений.

Речь идет о 2-х или более специально сформированных сигналов (величин), являющихся линейной комбинацией токов и напряжений. Сравнение указанных сигналов может производиться по амплитуде или по фазе.

Е1=k1∙U+k2∙I

E2=k3∙U+k4∙I, если произвести несложные преобразования – вынесем за скобки ток и коэф. при напряжении – получим: Е1=k1 ∙I∙(Z−b)  E2= k3 ∙I∙(Z−a), где b=−k2/k1 и a=−k4/k3. При сравнении абсалютных значений: ‌│Е1│≥│Е2│. Знак равенства соответствует нахождению реле нп границе срабатывания. При этом │k1∙I∙(Z−b)│≥│ k3∙I∙(Z−a)│. Ток в левой и правой части полученного выражения можно сократить │k1∙(Z−b)│≥│ k3∙(Z−a)│. Иполученное выражение можно преобразовать: │Z−b│/│Z−a│≥│k│, где k= k3/k1. При │k│>1 получим хар-ку срабатывания в виде окружности, а при │k│=1 в виде прямой. Выражения, а соответственно и схема в ряде случаев можно упростить. Например, если круговые хар-ки срабатывания лежат на прямой, проходящей через начало координат.

Где m – целое число, φмч – угол макс. чувствительности. Простой пример k=1. Рассмотрим простой пример m=1 (ненаправленное реле сопротивления)

Е1=Zy∙I  E2=U  → │Е1│≥│Е2│ следует, что Z ≤ Zy. Рассмотрим самый простой случай для направленных реле сопротивления m=0. E1=0.5∙Zy∙I   E2=U−0.5∙Zy∙ejφ∙I. Т. о. имеем всего один комплексный коэффициент. Т. о. в представленной выше схеме остается только один частотный фильтр K4(p). Более того, схему формирования Е1 и фильтр K4(p) можно использовать для всех трех ступеней дистанционной защиты.

Ненаправленные ДЗ с непосредственным контролем сопротивления

В приведенной схеме                         Существует много других способов измерения Q   и   Р. Например, Р=Ua∙Ia+Up∙Ip,  P=ua(t)∙ia(t)+up(t)∙ip(t), P=u(t)∙i(t)+u(t−To/2)∙i(t−To/2). Четырехугольную хар-ку можно рассматривать как совокупность неравенств. Умножая левую и правую части на I2 получим:

Т. о. изсхемы могут быть удалены делители (косвенный контроль сопротивления).

ДЗ с косвенным контролем сопротивления, основанная на сравнении фаз

Структурная схема:

Схема формирования Е1 и (Е2):

Схема формирования импульсов:

Непосредственный контроль R и L.

Как решение след. системы:

Общая сигнализация от замыканий на землю. Защита ТН контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью.

Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью не является аварией. Потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают нормально работать. Это дает возможность выполнять защиту от замыкания на землю, действующей на сигнал. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неселективной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения. Схема устройства состоит из трех минимальных реле напряжения, включенных на напряжения фаз относительно земли (рис. 6.23, а), или из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности (рис. 6.23, б).

Устройство сигнализации обычно подключается к трансформаторам напряжения, установленным на шинах.

Защита ТН контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью.

Опыт эксплуатации измерительных трансформаторов напряжения (ТН), используемых для подключения к ним общей сигнализации от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, свидетельствует об их частой повреждаемости, особенно в сельской местности. Имеются сети, которые из-за регулярных повреждений ТН длительно эксплуатируются без устройства общей сигнализации от замыканий на землю. По данным ряда работ, например [39], основной причиной повреждения ТН следует считать ферро-резонансные явления, вследствие которых через обмотки высшего напряжения трансформатора проходят токи, многократно превышающие номинальные значения. Согласно ряду работ, например [41], значительная доля повреждений ТН связана с однофазными замыканиями на землю. Металлическое однофазное замыкание и замыкание через устойчивую дугу по воздействию на ТН незначительно различаются между собой. Токи в обмотках высшего напряжения трансформатора в этих режимах не превышают допустимых и не являются опасными. Опасные токи могут возникнуть при отключении поврежденного присоединения или при самопогасании дуги и последующем появлении феррорезонансных колебаний, обусловленных колебательным разрядом неповрежденных фаз через обмотки ТН. Наиболее опасны для ТН длительные однофазные замыкания на землю через перемежающуюся дугу.

Мероприятия по снижению повреждаемости ТН можно разделить на: включение нагрузочных резисторов в цепь вторичной обмотки ТН, соединенной в разомкнутый треугольник; включение резистора в нейтраль обмоток высшего напряжения; применение разрядников; применение специальных демпфирующих устройств на стороне высшего напряжения ТН; компенсация емкостных токов в сети с помощью дугогасящих реакторов. Наиболее простым и доступным является способ, предусматривающий включение в цепь вторичной обмотки ТН, соединенной в разомкнутый треугольник нагрузочного резистора. Защитное действие резистора заключается в создании потери энергии свободных колебаний составляющих нулевой последовательности. Однако при этом ТН дополнительно нагружается токами и перегревается. Рекомендованные сопротивления резисторов R = 25÷12,5 Ом Одна из возможных схем защиты ТН изображена на рис. 6.26,6. Измерительным органом является электрическая цепь, состоящая из нелинейного реактора LR и двух резисторов Rl, R2 и подключаемая к обмоткам ТН, соединенным в разомкнутый треугольник.

В нормальном режиме работы сети напряжение U0 на входе измерительного органа практически равно нулю, схема находится в исходном состоянии, транзисторы VTl, VT2 и тиристоры VDT1 и VDT2 закрыты. В режиме однофазного металлического замыкания на землю напряжение U0  изменяется практически синусоидально с номинальной частотой сети. При этом падение напряжения на резисторах Rl и R2 недостаточно для создания необходимого тока управления и открытия транзисторов. При наличии в напряжении U0 высших гармонических ток в цепи Rl—LR—R2 мал вследствие большого сопротивления реактора и падение напряжения на резисторах также недостаточно для создания необходимого тока управления. Устройство приходит в действие только при появлении в напряжении U0 субгармонических составляющих. При этом в связи с уменьшением индуктивного сопротивления реактора ток в цепи Rl—LR—R2 возрастает. Падение напряжения на резисторах Rl и R2 увеличивается и становится достаточным для открытия транзисторов VTl и VT2. Токами транзисторов поочередно открываются тиристоры, подключая нагрузочные резисторы R3 и R4 к обмотке ТН. Диоды VD1 и VD2 защищают транзисторы от обратного напряжения, а переменные резисторы R5, R6 предназначены для установки напряжения срабатывания защиты.

Токовая защита нулевой последовательности от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью или заземленными через дугогасящий реактор.

Длительная работа сети при замыкании одной фазы на землю недопустима из-за возможности нарушения междуфазной изоляции в месте повреждения и перехода однофазного замыкания в многофазное. Возможны также случаи двойных замыканий на землю вследствие повышения в √3 раз напряжений неповрежденных фаз относительно земли. Поэтому в протяженных сетях сложной конфигурации, когда определение поврежденного участка затруднено, наряду с общим устройством контроля изоляции необходимо предусматривать селективную защиту на каждом присоединении. Обычно это токовая защита. Вероятность повреждения междуфазной изоляции определяется не только продолжительностью прохождения тока через место замыкания на землю, но и значением тока. Поэтому для предотвращения перехода однофазных замыканий в многофазные максимальный ток замыкания на землю в сетях напряжением 6—15 кВ должен быть не более I(1)з max < 30 А, а в сетях напряжением 20—35 кВ — не более I(1)з max< 10 А. В протяженных и разветвленных сетях токи замыкания на землю могут быть больше указанных значений. В таких случаях для их компенсации применяются дугогасящие реакторы. Таким образом, допустимые токи замыкания на землю обычно меньше рабочих токов защищаемого элемента. Поэтому токовая защита от замыкания на землю, например линии Л1 (см. рис. 6.22, г), выполняется с включением реле на фильтр тока нулевой последовательности. Она приходит в действие благодаря прохождению по поврежденному участку тока нулевой последовательности 3I(1)0эк обусловленного емкостью всей электрически связанной сети С0эк без учета емкости C01 поврежденной линии [см. (6.29)]. Защита не должна срабатывать при повреждениях на других присоединениях сети, когда по защищаемой линии проходит ток 3I(1)0л (3I(1)01), обусловленный емкостью линии. При этом для обеспечения недействия защиты ее ток срабатывания выбирают по условию

Iс.з = kзап 3I(1)0л Коэфф. запаса определяется броском емкостного тока в момент замыкания. На основании опытных данных для защит без выдержки времени kзап = 4÷5; для защит с выдержкой времени с учетом перемежающегося характера замыкания коэффициент kзап > 2,0÷2,5. Однако при возникновении второго замыкания на землю на другой фазе (двойного замыкания на землю) токи значительно возрастают, а напряжения прикосновения достигают недопустимых значений и могут явиться причиной несчастных случаев. Для уменьшения вероятности возникновения опасных двойных замыканий защита от замыканий на землю в рассматриваемых сетях выполняется с действием на отключение без выдержки времени. Чувствительность защиты характеризуется коэфф. kч = 3I(1)0эк / Iс.з .  Ток I(1)0эк определяется по режиму с минимально возможным числом включенных линий. Чувствительность защиты считается достаточной, если для воздушных линий kч > 1,5, а для кабельных kч > 1,25.

Для выполнения защиты в качестве фильтра тока нулевой последовательности обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) — TAZ (рис. 6.24). При замыкании в сети на землю токи повреждения могут замыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том числе и неповрежденного, что может вызвать неправильное действие защиты. Поэтому воронку и кабель на участке от ТНП до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке кабеля и пропускают через отверстие магнитопровода ТНП в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу. Чувствительность защиты характеризуется минимальным первичным током замыкания на землю. При использовании электромагнитного реле с трансформатором тока нулевой последовательности   можно  выполнить защиту, действующую при минимальном первичном токе замыкания на землю  I(1)з = 5 А. Поэтому эту защиту нельзя применять, например, на линиях торфоразработок. На основе магнитных усилителей разработана защита от замыканий на землю с первичным током срабатывания порядка Iс.з = 0,3.

Реализация типовых динамич звеньев. Инвертирующий усилитель. Для построения данного усилителя используется один ОУ и два резистора.

При Rвх»К1, К2 током Iвх(t) можно пренебречь. Тогда I1(t) = I2(t)Из схемы замещения ОУ следует, что при наличии от рицательной ОС U+(t) - U-(t) = 0  Так как для инвертирующего усилителя U+(t)=0, то и U- (t)= 0. Принимая  I1(t) = I2(t) и учитывая, что U- (t)=0  получим I1(t)=U1(t)/R1= -U2(t)/R2

Из последнего выражения получим следующую

зависимость между входным и выходным напряжением

U2(t)= (-R2/R1)U1(t)

Интегрирующее звено  K(p) = -k/p   K = 1/R1C1

Т.к. выходное напряжение по модулю не может быть выше напряжения питания, то при однополярном входном сигнале через некоторое время после включения интегратор на базе ОУ войдет в режим насыщения.На базе преобра-зователя импеданса с помощью добавления двух резисторов может быть реализована

схема неинвертирующего усилителя. Передаточная функция: K(p)=k ; Коэффициент усиления: k = 1 +R1/R2. ФНЧ 1-го порядка (инверсная схема). Одна из наиболее распостраненных схем реализации ФНЧ 1-го порядка. Передаточная функция:

K(p)=−(k∙α)/(p+α)

α=1/(R1∙C1)   k=R1/C1

Типовые нелинейные звенья 1) Формирователь модуля. Для реализации однополупериодного и двух полупериодного модуля используются диоды. Схема одополупериодного модуля получила название «идеальный диод». Для реализации двухполупериодного модуля необходимо 2 ОУ. На схеме суммирующего сумматора коэфф. усиления по второму входу в 2 раза больше чем по первому. При сложении исходного sin-го напряжения с напряжением в точке b с учетом инверсной схемы получим напряжение, совпадающее по модулю с исходным.

Наряду с суммированием будет осуществляться фильтрация сигналов с помощью ФНЧ 1-го порядка.

Для реализации различного рода компараторов могут использоваться ОУ или одноименные специализированные аналоговые микросхемы. Например, реализация компаратора на ОУ: