Самым ненадежным элементом систем электроснабжения являются воздушные линии электропередачи (ВЛЭП) из-за их большой протяженности и влияния на них большого числа различных внешних воздействий. В городских сетях около 85% отключений приходится на долю ВЛЭП, а в сельских сетях – 90-95 % [1].
Основным видом повреждений линий являются КЗ. Наиболее часто встречаются однофазные замыкания на землю. На их долю приходится до 65 % общего числа замыканий. Трехфазное КЗ – наиболее распространенный вид повреждения, вызывающий появление наибольших токов КЗ. Поэтому трехфазное КЗ является расчетным при определении максимального тока КЗ.
Для предотвращения аварийных режимов в системах электроснабжения предусмотрена релейная защита (РЗ), которая регистрирует повреждение и подает сигнал на отключение. Таким образом, РЗ является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем и электрических сетей. Блок-схема РЗ (рис.1) содержит следующие основные органы [2]:
• измерительный орган (ИО), непрерывно контролирующий состояние защищаемого объекта и определяющий условия срабатывания (или несрабатывания) в соответствии со значениями параметров электрических сигналов, поступающих на его вход от измерительных преобразователей трансформаторов тока и напряжения;
• логический орган (ЛО), принимающий от исполнительного органа дискретные сигналы, формирующий логические сигналы и подающий выходной сигнал о срабатывании РЗ на управляющий орган (УО);
• управляющий (исполни тельный) орган, формирующий на основе сигнала ЛО управляющее воздействие на выключатель Q защищаемого объекта;
• источник стабилизированного питания (ИСП), необходимый для приведения в действие ЛО и УО, а также питания ИО.
Принцип действия защиты основан на сравнении токов фаз с током срабатывания защиты, при превышении в любой из фаз тока уставки, защита подает сигнал на отключение выключателя защищаемой линии мгновенно (токовая отсечка (ТО) без выдержки времени) или с выдержкой времени (0,3...0,6 с). Селективность действия защиты достигается ограничением зоны ее работы около 80 % от длины защищаемой линии. Это достигается отстройкой пусковых органов защиты от максимального возможного тока КЗ на шинах противоположной подстанции, получающей питание по защищаемой линии. ТО не должна работать при КЗ за пределами своей зоны действия, а также на смежных участках сети, защита которых имеет выдержку времени, равную или большую, чем выдержка времени отсечки. Поэтому ток срабатывания отсечки должен быть больше максимального тока КЗ, проходящего через токовое реле отсечки при повреждении в конце участка [2]. Ток КЗ зависит от сопротивления участка линии до точки КЗ, которое в свою очередь является функцией различных факторов, таких как температура провода, погодные условия, время года, сопротивление грунта, величина нагрузки и т.д.