Перегляд вихідного коду сторінки Дистанційний захист

[[Файл:3888p-Distanzschutzrelais.JPG|міні| [[Мікропроцесорне захисне реле]]]]'''Дистанційний захист'''&nbsp;— захист із відносною селективністю, робота та селективність якої залежать від локального вимірювання електричних величин, з яких оцінюється еквівалентна відстань від пошкодження шляхом порівняння з налаштуваннями зони<ref>{{Cite web|url=https://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=448-14-01|title=IEC 60050 - International Electrotechnical Vocabulary - Details for IEV number 448-14-01: "distance protection"|website=www.electropedia.org|access-date=2024-09-28}}</ref>. Основою дистанційного захисту є '''реле імпедансу''' або '''реле дистанції'''&nbsp;— {{li|захисне реле|Q=Q503732}}, яке спрацьовує як функція від [[Електричний імпеданс|імпедансу]] чи [[реактанс]]у, які в свою чергу є функцією від відстані до місця аварії [[Лінія електропередачі|лінії електропередачі]].<ref>{{Cite news|url=https://repository.kpi.kharkov.ua/items/11dd39d7-0e43-4bb7-9216-96194956b2bf|title=R-X-характеристики дистанционных реле|last=Ступель|first=Файвель Аронович|date=1948|pages=97-111|language=ru|work=Сб. науч.-техн. ст. ХЭТИ|volume=Вып. VII|access-date=2024-09-26}}</ref>

Його назва походить від його здатності оцінювати, наскільки далеко від початку лінії знаходиться коротке замикання. Ця здатність дозволяє [[Оператор системи передачі|оператору мережі передачі]] дуже швидко відправити групу технічного обслуговування до точного місця аварії, щоб усунути її якомога швидше, без необхідності проводити повне обстеження лінії, щоб знайти місце несправності. Ця здатність у поєднанні з надзвичайною чутливістю та чудовою надійністю зробила дистанційний захист важливим елементом, яким оснащено більшість ліній {{Li|Висока напруга|Q=Q1139740|text=високої напруги}}. У лініях мережі {{Li|Réseau de Transport d'Électricité|Q=Q2178795|text=RTE}} напругою {{Num|400|кВ}}, наприклад, використовуються або 2 дистанційних захисти, або дистанційний захист і [[диференціальний захист]] лінії<ref>{{Cite news|url=https://www.academia.edu/35109336/CENTRE_NATIONAL_DEXPERTISE_R%C3%89SEAUX_CAHIER_DES_CHARGES_GENERAL_POSTES_HTB_Domaine_Contrôle_Commande_CCG_CC?source=swp_share|title=CENTRE NATIONAL D&#39;EXPERTISE RÉSEAUX CAHIER DES CHARGES GENERAL POSTES HTB (Domaine Contrôle Commande) ( CCG -CC|last=Leboss|first=Marc|access-date=2024-09-29}}</ref>.

{{Li|Код релейного захисту ANSI|Q=Q4653041}} для дистанційного захисту&nbsp;— 21<ref>{{Cite book
|url=https://elec-engg.com/wp-content/uploads/2021/09/Modern-Techniques-for-Protecting-controlling-and-monitoring-power-transformers.pdf
|title=Modern techniques for protecting, controlling and monitoring power transformers |date=2011
|editor-last=Conseil international des grands réseaux électriques
|publisher=CIGRÉ
|location=Paris
|isbn=978-2-85873-152-7
}}</ref>{{Rp|page=11}}.

== Принцип дії ==
[[Файл:Дистанційний захист.svg|ліворуч|міні|Для вимірювання імпедансу захисне реле вимірює напругу та струм<br/>ТН&nbsp;— трансформатор напруги;<br/>ТС&nbsp;— трансформатор струму]]
Дистанційний захист вимірює дві величини :

* [[Сила струму|силу струму]] в лінії I, яка вимірюється за допомогою [[Трансформатор струму|трансформатора струму]];
* [[Електрична напруга|напругу]] в лінії U, яка вимірюється за допомогою [[Трансформатор напруги|трансформатора напруги]].

Лінія електропередачі (ЛЕП) характеризується довжиною <math>L</math> (вираженою в км) з лінійним опором <math>Z'</math> (вираженим в Ом/км). Зазвичай розрахунковий імпеданс <math>Z = \frac{U}{I}</math> для ЛЕП не є кратним опору лінії. З іншого боку, у разі несправності, якщо знехтувати опором [[Дуговий розряд|електричної дуги]], він дорівнює лінійному опору, помноженому на відстань між вимірювальним пристроєм і місцем несправності: <math>{Z_{\text {вимір}}} = {Z'} \cdot l</math>. Оскільки <math>Z'</math> відоме, можна зробити висновок щодо <math>l</math>. Якщо вона менша за загальну довжину лінії, існує несправність. У цьому випадку захист спрацьовує, відповідний [[автоматичний вимикач]] розмикається<ref name="idaho">{{Cite web|url=https://www.eiseverywhere.com/file_uploads/aaf42a76a5588f69c7a1348d6f77fe0f_Introduction_to_System_Protection-_Protection_Basics.pdf|title=Introduction to system protection basics|last=Idaho Power|year=2012|language=en|format=pdf|access-date=23 вересня 2013}}</ref>.
[[Файл:Protection distance principe svg.svg|міні|Для роботи дистанційного захисту використовується той факт, що опір навантаження та опір замикання різні]]
Наприклад, для ЛЕП {{Num|220|кВ}} лінійний опір R'(виражений в Ом/км), лінійний реактивний опір X' (виражений в Ом/км):

* R'=0,1 Ом/км
* X'=0,4 Ом/км
* Z' =0,1 + j 0,4
* довжина L = {{Num|100|км}}
* максимальний струм {{Num|1000|A}} з [[Коефіцієнт потужності|коефіцієнтом потужності]] =0,8

Зазвичай імпеданс навантаження оцінюється:

: <math>{Z_c}=\frac{U}{\sqrt 3 \cdot I}=127 \Omega</math> орієнтовано під кутом 37°.

З іншого боку, під час несправності в кінці лінії, імпеданс

: <math>\left| {Z_f} \right|=\left| R'+jX' \right| \cdot l= 41\Omega</math> орієнтовано під кутом 76°.

Таким чином, у разі несправності імпеданс нижчий за абсолютною величиною. Кут значно вищий<ref name="Ziegler">{{Cite book
|url=https://books.google.com.ua/books?id=GO_9UYUbTMoC&printsec=frontcover&hl=uk#v=onepage&q&f=false
|title=Numerical distance protection: principles and applications |last=Ziegler
|first=Gerhard
|date=2011
|publisher=Publicis Publishing
|edition=4th updated and enlarged edition
|location=Erlangen
|isbn=978-3-89578-381-4
|oclc=707438847
}}</ref>{{Rp|page=22}}.

== Переваги та недоліки ==
Його перевага порівняно з [[Максимальний струмовий захист|максимальним струмовим захистом]] полягає в тому, що він мало залежить від опору джерела та навантаження, у його селективності до несправностей і у його швидкості. Крім того, його легко узгодити з іншими типами захисту, та він не вимагає хронометричної вибірковості<ref name="ge">{{Cite web|url=http://www.gedigitalenergy.com/multilin/notes/artsci/art14.pdf|title=LINE PROTECTION WITH DISTANCE RELAYS|access-date=16 вересня 2013}}</ref><ref name="idaho2">{{Cite web|url=http://www.ece.uidaho.edu/ee/classes/ECE526S05/text/Ch4ab.PDF|title=FUNDAMENTALS OF PROTECTIVE RELAYING|archive-url=https://archive.wikiwix.com/cache/?url=http%3A%2F%2Fwww.ece.uidaho.edu%2Fee%2Fclasses%2FECE526S05%2Ftext%2FCh4ab.PDF|archive-date=23 вересня 2013|access-date=23 вересня 2013}}</ref>.

Дистанційний захист дозволяє налаштувати захист по зонах. Це означає, що спочатку він захищає лише певну кількість компонентів, розташованих у певній області. Це дозволяє уникнути непотрібного спрацювання на непошкоджених лініях. Після попередньо встановленого часу, якщо захист сусідньої зони не виконав свою роль, дистанційний захист все одно спрацює, щоб перервати несправність.<ref name="ge" />{{Rp|page=297}}<ref>{{Cite book
|url=https://core.ac.uk/download/pdf/11316182.pdf
|title=Конспект лекцій з дисципліни “Релейний захист та автоматика” (для студентів 4 курсу денної та 4, 5 курсів заочної форм навчання з спеціальності 6.090603 – “Електротехнічні системи електроспоживання” і 6.050701 – «Електротехніка та електротехнології») |last=Ковальов
|first=В. М.
|year=2008
|publisher=ХНАМГ
|location=Харків
|language=українською
}}</ref>{{Rp|page=97-98}}

Для дистанційного захисту не потрібен канал зв'язку (наприклад, оптичне волокно) між двома кінцями лінії, на відміну від диференціального захисту лінії.

Його регулювання утруднене при неоднорідному з'єднанні ([[Повітряна лінія електропередачі|повітряна лінія]] + [[Кабельна лінія електропередачі|кабель]])<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=355}}. Крім того, слід пам'ятати, що аварії можуть бути декількох видів: міжфазне замикання або замикання на землю, і результуючий імпеданс не буде ідентичним<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=15}}.

== Історія ==
[[Файл:Georgetown_PowerPlant_Museum_-_phase_impedance_relay_04.jpg|міні| Електромеханічне реле імпедансу марки [[Westinghouse Electric Company|Westinghouse]]]]
Перші захисні реле, що об'єднують основні функції дистанційного захисту, були запропоновані в 1904 році компанією Felten & Guilleaume-Lahmeyer-Werke AG. Вони засновані на одночасному виявленні зростання струму і падіння напруги<ref name="pac">{{Cite web|url=https://www.pacw.org/previous-magazines-2008-flippable|title=PAC World, winter 2008}}</ref>.

У лютому 1916 [[Westinghouse Electric Company|Westinghouse]] запропонував дистанційний захист, час спрацьовування якого залежить від значення імпедансу. У 1923 році ця компанія встановила перші захисти такого типу в [[Сполучені Штати Америки|США]]<ref name="pac" />.

З 1918&nbsp;р. компанія Paul Meyer AG вдосконалила концепцію та встановила дистанційний захист на кабелі {{Num|4|кВ}} у [[Карлсруе]] між березнем і квітнем 1923<ref>{{Cite web|url=https://www.vde.com/de/etg/arbeitsgebiete/informationen/geschichteschutztechnik|title=Geschichte der Schutztechnik|website=www.vde.com|language=de|access-date=2024-10-04}}</ref>. У середині 1924 року [[AEG]] випустила реле Biermann і встановила його в мережі {{Num|30|кВ}} у [[Гота|Готі]]. У Німеччині захист був більш успішним, ніж у Сполучених Штатах. Це пояснюється тим, що структура німецької електромережі більш мережева, а американської&nbsp;— переважно радіальна. Саме в цей час з'явилася назва дистанційний захист<ref name="pac" />.

Збільшення складності мережі робить захист за допомогою [[Максимальний струмовий захист|максимального струмового захисту]] та {{Li|Направлений захист|Q=Q16671372|text=направленого захисту}} неефективним: час спрацювання стає занадто довгим. Необхідно було покращити координацію захистів. Крім того, струми короткого замикання іноді можуть бути нижчими за номінальні струми, що робить максимальний струмовий захист неефективним<ref name="pac" />.

У 1932 році К. Нойгебауер і Ф. Гайзе, які працювали на Siemens, випустили перше дистанційне реле, яке повністю містилося в коробці в кінці лінії. Воно мало час реакції {{Num|0.3|с}}. У 1937 році AEG вперше використала [[Мідно-оксидний випрямляч|мідно-оксидні випрямлячі]] у своїх пристроях дистанційного захисту, що значно зменшило їх споживання електроенергії<ref name="pac2">{{Cite web|url=https://www.scribd.com/document/176355938/History-Spring08|title=Protection History. Distance Protection from Protection Relays to Multifunctional|website=Scribd|language=en|access-date=2024-09-29}}</ref>.

У той час опір [[Електрична дуга|електричних дуг]] був погано відомий; з цієї причини прилади мали труднощі з правильною оцінкою відстані. Крім того, реле спрацьовували невиправдано, коли відбувалися синхронні хитання між двома генераторами, що було проблемою. У 1944 році AEG запатентувала метод обходу першої проблеми, відтепер імпеданс оцінюється за такою формулою:

: <math>Z = \frac{U + k \cdot I}{I}</math><ref name="pac2" />.
[[Файл:Protection distance charge svg.svg|міні|Дистанційний захист не повинен спрацьовувати, коли опір збігається з опором навантаження]]
У 1950-х роках з'явилися механізми самоперезапуску, які дозволяли обмежити відключення у разі шторму. Вони також є основою для початку стандартизації, що дозволяла б взаємодіяти системам від різних виробників. Використання [[PLC (інтерфейси передачі даних)|зв'язку по лінії електропередач]] почалося в 1955 році на лінії {{Num|220|кВ}} {{li|Preussenelektra|Q=Q878574}}. Наприкінці 1960-х років прилади дозволяли визначити як відстань, так і напрямок, з якого походить відмова<ref name="pac2"/>.

Перше [[Електроніка|електронне]] дистанційне реле було введено в експлуатацію в 1959 році компанією [[Électricité de France|EdF]] на лінії {{Num|200|кВ}}. Однак електромеханічні реле залишалися більш економічно вигідними. Час реакції реле, випущеного [[АСЕА|ASEA]] в 1970 році, становив лише {{Num|21|мс}}, а в 1976 році інша система того ж бренду досягла {{Num|2.4|мс}}<ref name="pac2"/>.

[[Мікропроцесорне захисне реле|Мікропроцесорні реле]] на основі [[мікроконтролер]]ів з'явилися в 1971 році<ref name="pac2"/>. Електронні реле, звичайно, більше не залежать від прикладеного моменту, але їхня робота часто імітує роботу електромеханічних реле. Тому можна використовувати ті самі терміни<ref name="idaho2" />.

== Типи характеристик ==
[[Файл:Protection_distance_zone2.png|ліворуч|міні| Дистанційний захист]]
[[Файл:Protection_distance_principe2.png|міні| Вплив повного опору, переважно резистивного, електричної дуги на повний опір замикання]]
Дистанційний захист намагається розрізнити опір замикання та опір навантаження. Тому необхідно визначити обмеження, межу між імпедансами навантаження, які захист вважатиме нормальними, та ненормальними імпедансами, пов'язаними з несправністю. Ця межа тут називається характеристикою спрацьовування. Вони можуть мати кілька форм і зображаються на площині [[активний опір]]&nbsp;— [[Реактанс|реактивний опір]] (RX).<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=22}}

Якщо імпедансом дуги знехтувати, імпеданс відмови знаходиться праворуч <math>Z' \cdot l</math>, тоді розрізнити імпеданс відмови та імпеданс навантаження легко. Однак імпеданс дуги не завжди є незначним, він вважається суто резистивним і залежить як від довжини дуги, так і від струму<ref group="Прим."><math>R_{arc} = \frac{28710}{I^{1,4}} \cdot L</math></ref><ref>{{Cite book
|url=https://energiforsk.se/media/26837/protection-interaction-between-nuclear-power-plant-and-external-power-system-energiforskrapport-2019-611.pdf
|title=Protection Interaction Between Nuclear Power Plant and External Power System |last=MESSING
|first=LARS
|year=2019
|publisher=Energiforsk AB
|page=12
|language=en
}}</ref>. Ці параметри неможливо визначити заздалегідь, опір дуги невідомий. На довгій ЛЕП зазвичай можна знехтувати впливом електричної дуги, але не на коротких лініях з низьким струмом відмови<ref name="fecime">{{Cite web|url=https://www.scribd.com/document/191031858/chap11-20-170-191|title=Distance protection|access-date=5 жовтня 2024}}</ref>.

Якщо опором дуги не можна знехтувати, зона спрацьовування має бути ширшою (на діаграмі RX), ніж проста пряма <math>Z' \cdot l</math>.

Крім того, електричні генератори, коли вони [[Синхронізація (змінний струм)|синхронізуються]] з мережею, раптово збільшують струм і, отже, зменшують показник імпедансу<ref name="edf">{{Cite web|url=https://www.scribd.com/document/545776572/1-Protection-Et-Surveillance-Des-Reseaux-de-Transport-d-Energie-Electrique|title=Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique|website=EdF|access-date=30 вересня 2024}}</ref>. Реле також може сприймати синхронні хитання як багатофазне замикання<ref name="pes">{{Cite web|url=http://www.pes-psrc.org/Reports/D4_Application_of_Overreaching_Distance%20_Relays.pdf|title=Application of overreaching distance relays|archive-url=https://archive.wikiwix.com/cache/index2.php?url=http%3A%2F%2Fwww.pes-psrc.org%2FReports%2FD4_Application_of_Overreaching_Distance%2520_Relays.pdf|archive-date=23 вересня 2013|access-date=23 вересня 2013}}</ref>. Характеристика має бути обрана так, щоб ці перехідні процеси не викликали спрацьовування<ref name="ge"/>.

Мікропроцесорне реле можуть використовувати будь-які функції, потрібно просто запрограмувати їх. З іншого боку, статичні або електромеханічні реле мають характеристику, що залежить від їх принципу дії.<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=23}}

=== Реактивна характеристика ===
[[Файл:Protection_distance_carac_reactive.png|ліворуч|міні| Чисто реактивна характеристика]]
Вимірювання реактивного опору має перевагу в тому, що воно не чутливе до значення опору дуги, але дуже чутливе до синхронізації генератора і не є спрямованим. Тому воно ідеально підходить для захисту від замикання фази на землю<ref name="ge"/><ref name="ge2">{{Cite web|url=http://store.gedigitalenergy.com/faq/documents/alps/ger-3966.pdf|title=Distance relays fondamentals|archive-url=https://archive.wikiwix.com/cache/index2.php?url=http%3A%2F%2Fstore.gedigitalenergy.com%2Ffaq%2Fdocuments%2Falps%2Fger-3966.pdf%2Findex.html#federation=archive.wikiwix.com&tab=url|archive-date=19 вересня 2013|access-date=19 вересня 2013}}</ref>.

=== Імпедансна характеристика ===
[[Файл:Protection_distance_carac_impedance.png|міні| Чисто імпедансна характеристика]]
[[Файл:Protection_distance_zone3.png|міні| Без спрямованості спрацьовує непошкоджена лінія AB, оскільки імпеданс, виміряний на A, раптово падає]]
Характеристика імпедансу описує коло на діаграмі RX, яке складається з усіх Z, таких що |Z|= константа<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=15}}. Її недолік полягає в тому, що вона не спрямована, що перешкоджає ефективному та вибірковому захисту зон (див. приклад навпроти). Крім того, опір дуги, що призводить до відключення, сильно залежить від індуктивності. Нарешті, вона вразлива до синхронних хитань<ref name="fecime" />.

=== Mho ===
[[Файл:Protection_distance_carac_mho.png|ліворуч|міні| Mho-характеристика. Імпеданс лінії не проходить систематично через центр кола]]
Дистанційні захисти, що мають у площині RX кругову характеристику, що проходить через початок координат, називаються «Mho»<ref group="Прим.">Mho&nbsp;— історична назва для одиниці [[сіменс]], слово створене зворотнім прочитанням одиниці [[Ом]] ({{lang-en|Ohm}})</ref> або [[адміттанс]]<ref name="idaho"/>.

Поляризоване mho-реле є найбільш селективними з усіх дистанційних реле, оскільки воно спрацьовують лише для точного діапазону імпедансу, який можна представити на діаграмі RX. Таким чином, вони навряд чи спрацюють крім випадку замикання лінії. Тому це кращий елемент для довгих ліній<ref name="ge"/>.

Mho-реле за своєю суттю спрямовані. Вони характеризуються імпедансом на колі та характерним кутом реле {{Polytonic|φ}}, який є кутом між віссю R і лінією, що проходить через початок і центр кола. Цей кут має бути меншим, ніж утворений віссю R із опором лінії, щоб бути більш чутливим у разі замикання з високоомною дугою<ref name="fecime" />.

Недоліком mho-реле є те, що у разі несправності поблизу реле напруга є занадто низькою, а чутливість поганою<ref name="idaho2" />. Щоб уникнути цього недоліку, одним із рішень є часткове введення напруги іншої, потенційно безпечної, фази для підтримки напруги. Тоді характеристика залишається круглою, але центр кола наближається до початку координат. Реле з такою характеристикою називається перехресно поляризоване mho-реле<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=26}}.

Mho-реле простіше конфігурувати, ніж реле з чотирикутною характеристикою, але вони менш чутливі до резистивних несправностей у кінці лінії<ref name="idaho2" />. У США характеристика mho-реле все ще широко використовується в цифрових реле<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=23}}.

Якщо налаштувати характеристику mho-реле так, щоб лінія імпедансу лінії проходила через центр кола, можна зробити наступну геометричну інтерпретацію. Нехай <math>Z_{\text {relay}}</math> буде імпедансом на лінії, з якого спрацьовує реле. Також можна визначити <math>\Delta U = Z_{relay} \cdot I - Z \cdot I</math>, де <math>Z</math>&nbsp;— виміряний імпеданс. Якщо кут між <math>\Delta U</math> І <math>Z \cdot I</math> більший за 90° (див. малюнок), то <math>Z</math> знаходиться поза колом, якщо він дорівнює 90° <math>Z</math> знаходиться на колі, менший&nbsp;— в колі<ref name="fecime" />.

<gallery>
Файл:Protection_distance_mho_angle1.png|посилання=Fichier:Protection_distance_mho_angle1.png|альт=Si l'angle est supérieur à 90°, Z est en dehors du cercle|Якщо кут більший за 90°, Z знаходиться поза колом
Файл:Protection_distance_mho_angle2.png|посилання=Fichier:Protection_distance_mho_angle2.png|альт=Si l'angle est égal à 90°, Z est sur le cercle|Якщо кут дорівнює 90°, Z на колі
Файл:Protection_distance_mho_angle3.png|посилання=Fichier:Protection_distance_mho_angle3.png|альт=Si l'angle est inférieur à 90°, Z est dans le cercle|Якщо кут менше 90°, Z знаходиться в колі
</gallery>

=== Чотирикутна характеристика ===
[[Файл:Protection_distance_carac_quadrilateral.png|ліворуч|міні| Чотирикутна характеристика]]
Чотирикутну характеристику обмежують 4 лінії<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=15}}. Реле з чотирикутною характеристикою мають перевагу в тому, що вони більш чутливі до резистивних несправностей, ніж mho-реле. Ці характеристики є дуже гнучкими з точки зору імпедансу, як до міжфазних замикань, так і для замикань фази на землю. З цієї причини такі характеристики широко використовуються в аналогових і цифрових реле<ref name="fecime" />.

Час спрацювання класичного чотирикутного алгоритму становить близько {{Num|40|мс}}. Щоб уникнути цієї затримки, використовується алгоритм, який виявляє швидку зміну струму та напруги, який називається «дельта». У цьому випадку два типи алгоритмів виконуються паралельно, класичні алгоритми дозволяють виявляти дефекти, які дельта-алгоритм не розпізнає<ref name="fecime" />.

=== Лінзоподібна характеристика ===
[[Файл:Protection_distance_carac_lenticulaire.png|міні| Лінзоподібна характеристика]]
Лінзоподібна зона утворюється перетином двох кругових зон типу mho-реле. Вісь лінзи&nbsp;— це вісь прямої. Чутливість до резистивного замикання обмежена, однак ймовірність спрацьовування через синхронні хитання дуже низька<ref name="pes" />.

=== Інші форми характеристик ===
Можливі інші форми характеристик<ref name="lilien">{{Cite web|url=http://www.tdee.ulg.ac.be/userfiles/file/cours_intro_2013.pdf|title=Transport et Distribution de l'Energie Electrique|last=Lilien|first=J.L.|year=2013|language=fr|archive-url=https://archive.wikiwix.com/cache/?url=http%3A%2F%2Fwww.tdee.ulg.ac.be%2Fuserfiles%2Ffile%2Fcours_intro_2013.pdf|archive-date=03 листопада 2021|access-date=10 décembre 2013}}</ref>. Крім того, можна використовувати вольт-амперні характеристики замість діаграм RX. Це дає змогу розрізняти, для однакового імпедансу, ситуації несправності, коли напруга низька, і перехідні процеси, коли напруга висока. Недоліком цієї системи є складність роботи з [[Автоматична ліквідація асинхронного режиму|засобами ліквідації асинхронного режиму]]<ref name="edf" />.

== Зона захисту ==

=== Принцип ===
[[Файл:Schema_protection_distance_zones.svg|ліворуч|міні| Мережа для ілюстрації захисту зони]]
Принцип селективності гарантує, що розмикаються лише несправні лінії, а непошкоджені залишаються підключеними. Однак необхідно вміти впоратися з несправністю захисту, тому використовуються аварійні засоби захисту.

Наступний приклад є суто теоретичним, він передбачає, що всі лінії мають однаковий рівень напруги.
{| class="wikitable" align="right"
|+Виявлення несправностей і час відключення
!
! Зона 1
 {{Num|0|с}} 
! Зона 2
 {{Num|0.5|с}}
! Зона 3
 {{Num|2.5|с}} 
! Зони вище
 {{Num|7|с}} 
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 1
|
|
|
|
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 2
|
|
|
| style="text-align:center" | X
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 3
|
|
| style="text-align:center" | X
|
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 4
|
|
|
| style="text-align:center" | X
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 5
|
| style="text-align:center" | X
|
|
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 6
| style="text-align:center" | X
|
|
|
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 7
|
|
|
| style="text-align:center" | X
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 8
|
|
|
| style="text-align:center" | X
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 9
|
|
| style="text-align:center" | X
|
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 10
|
|
|
| style="text-align:center" | X
|-
! style="background: #FFDDDD;" | Реле 11
|
|
|
| style="text-align:center" | X
|}
Замикання виявляється всіма реле, крім 1, яке знаходиться надто далеко. У інших реле це представлено таким чином:

* Для реле 2, 4, 7, 8, 10 і 11 несправність знаходиться за ними.
* Для реле 3 і 9 несправність знаходиться в зоні 3.
* Для реле 5 воно знаходиться в зоні 2.
* Для реле 6 воно знаходиться в зоні 1.

У всіх цих реле таймер починає відлік часу від появи несправності.

Тоді процес виглядає наступним чином:

* Реле 6 надсилає команду на відключення до свого автоматичного вимикача, який розмикається приблизно через {{Num|20|мс}}. Реле 7 бачить, що несправність зникає, і зупиняє зворотний відлік.
* Реле 5 надсилає команду на відключення своєму автоматичному вимикачу приблизно через {{Num|0.5|с}} (воно знаходиться в зоні 2). Несправність зникає, інші реле бачать, що вона зникає.
* Якщо реле 5 і/або його автоматичний вимикач не працюють належним чином, то реле 3 і 9 спрацюють через {{Num|2.5|с}}. У всіх випадках реле 11 спрацює через {{Num|7|с}}.
** Якщо реле 3 та/або його автоматичний вимикач не працюють належним чином, то реле 2 і 4 спрацюють через {{Num|7|с}}.
** Якщо реле 9 та/або його автоматичний вимикач не працюють належним чином, то реле 8 і 10 спрацюють через {{Num|7|с}}.
* Якщо реле 6 та/або його автоматичний вимикач не працюють належним чином, то реле 7 спрацює через {{Num|7|с}}.

Слід зауважити, що реле 3 і 9 спрацьовують до реле 4, 10 і 11, які все ж знаходяться ближче до несправності. Це пояснюється тим, що час спрацювання вгорі встановлено довший, ніж у низхідній частині.

На практиці перша зона спрацьовує після одного або двох циклів, що становить від 20 до {{Num|40|мс}} у мережі з частотою струму {{Num|50|Гц}}. Зона 2 через {{Num|400|мс}}<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=11}}. Електромеханічні реле мають час реакції залежно від значення імпедансу, чим воно менше, тим швидше спрацьовує реле<ref name="fecime" />.

Реле імпедансу іноді також служить резервним захистом для [[Силовий трансформатор|силових трансформаторів]] і [[Електричний генератор|генераторів]]<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=11}}, хоча існують набагато більш відповідні засоби захисту, такі як [[диференціальний захист]].

=== Налаштування ===
[[Файл:Protection_distance_zones2.png|ліворуч|міні| Межа різних зон у загальному вигляді]]
[[Файл:Protection_distance_zones.png|міні| Захист зон, що здійснюється за допомогою mho-реле]]
Щоб забезпечити селективність і надійність зони повинні бути встановлені правильно. За відсутності додаткового пристрою діапазон захисту в зоні 1 не повинен перевищувати 80-85&nbsp;% лінії для забезпечення селективності захисту. Для зони 2 діапазон має бути від 120 до 150&nbsp;% і використовується для захисту частин лінії, не охоплених зоною 1<ref name="fecime" /><ref name="ge"/>. Крім того, зона 2 повинна активуватися після: найповільнішого із диференціальних захистів збірних шин на іншому кінці лінії, диференціальних захистів трансформаторів на іншому кінці лінії та лінійних реле на суміжних ділянках<ref name="ge" />. Зона 3 служить резервною для сусідньої зони. Тому вона повинна максимально охоплювати останні<ref name="ge" />. Також часто використовується задня зона, що дозволяє захисту відстежувати несправності перед лінією.

Збільшення опору, спричинене електричною дугою, може спричинити зміну несправності в зоні 1 на одну в зоні 2, одну в зоні 2 на одну в зоні 3<ref name="ge"/>…

Регулювання ще складніше, оскільки коефіцієнт імпедансу (''{{Lang|en|source impedance ratio}}'', SIR) великий. Він визначається наступним чином:

: <math>SIR = \frac{Z_s}{Z_l}</math>

де <math>Z_s</math>&nbsp;— повний опір перед захистом, <math>Z_l</math>&nbsp;— повний опір лінії нижче за напрямком.<ref name="fecime" /> Якщо відношення велике, коротке замикання на стороні лінії викликає незначну зміну струму, іноді меншу, ніж зміна навантаження<ref name="fecime" />.

В електромеханічних системах час спрацьовування та точність оцінки відстані залежать від величини струму та виміряної напруги<ref name="pac" />.

=== Взаємодія ===
Взаємодія засобів захисту передбачає, що два засоби захисту, як правило, на відстані та розташовані на обох кінцях лінії, обмінюються інформацією між собою, щоб підвищити власну продуктивність<ref name="edf" />.

Існує багато різних схем взаємодії. Однак можна виділити два типи стратегій: схеми відключення та схеми блокування. У схемах відключення захист на одному кінці лінії надсилає команду швидкого відключення на інший кінець. Тоді інший автоматичний вимикач спрацьовує негайно. У випадку схем блокування захист на одному кінці лінії надсилає команду на блокування на інший кінець, тому автоматичний вимикач не спрацює несподівано<ref name="idaho"/><ref name="edf" />.

Швидкість, необхідна для взаємодії, не дозволяє реалізувати протоколи для перевірки помилок передачі<ref name="edf" />.

== Конструкції ==

=== На основі моста Гретца ===
[[Файл:Protection distance graetz svg.svg|міні|Реле на основі моста Гретца]]
[[Діодний міст|Міст Гретца]] містить регульований опір. Реле спрацьовує, коли:

: <math> |I_{mesure}| = \frac{|U_{mesuree}|}{R_{reglable}}</math>, Або <math> |Z_{mesuree}| = R_{reglable}</math>

Тому вона має імпедансну характеристику, причому значення граничного опору регулюється<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=23}}.

В основному використовувався в Німеччині<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=23}}.

=== Електромеханічне реле ===
Електромеханічні реле використовують [[Магнітний потік|магнітні потоки]], створені мережевою напругою та струмом для відключення<ref name="idaho2" />.

Перевагами електромеханічних реле є мале споживання допоміжної енергії в стані спокою, постійний момент відключення протягом усього періоду, якщо трансформатори струму не [[Магнітне насичення|насичуються]]. Навіть у цьому випадку вони насичуються лише протягом половини періоду та забезпечують хорошу роботу протягом іншого. Тому реле працює повільніше, але працює правильно. Нарешті, електромеханічні реле не дуже чутливі до перехідних явищ<ref name="edf" />.

Серед їх недоліків є те, що час спрацьовування залежить від значень вхідної напруги та струму. Чим більше струм, тим швидше спрацьовує реле. У гіршому випадку час спрацьовування може досягти від 300 до {{Num|500|мс}}. Крім того, їх споживання енергії на вторинній стороні трансформаторів струму та напруги шкодить точності останніх. Нарешті, вони чутливі до [[Гармоніки (електротехніка)|гармоніки]] другого порядку<ref name="edf" />.

==== Важільні ====
[[Файл:Balance beam svg.svg|міні|Принцип роботи важільного реле]]
Працюють тільки з амплітудою<ref name="pac" />. Також називаються відсоткове реле<ref name="edf" />.

Струм створює момент, який рухає реле, напруга&nbsp;— момент, який перешкоджає спрацьовуванню реле<ref name="idaho2" />:

: <math>C = K_1 \cdot I^2 - K_2 \cdot U^2</math>

Якщо крутний момент стає позитивним, пристрій спрацьовує. Отже, граничний імпеданс:

: <math> \frac{U}{I} = Z_{lim} = \sqrt{\frac{K_1}{K_2}}</math><ref name="idaho2" />

На діаграмі RX усі точки малюють коло. Від початку ці реле не спрямовані. Ці реле повинні бути об'єднані з реле напрямку, щоб отримати цю властивість<ref name="idaho2" />.

==== Індукційне реле ====
[[Файл:Induction_cup.png|міні| Принцип дії індукційного реле]]
Індукційне реле використовує лише [[зсув фаз]] для спрацьовування. Алюмінієвий диск або циліндр може обертатися в повітряному зазорі двох магнітних ланцюгів. Струм I<sub>1</sub> створює в магнітопроводі пропорційне магнітне поле з [[Магнітна індукція|індукцією]] B<sub>1</sub>. Ця індукція створює електрорушійні сили в диску, пропорційні похідній I<sub>1</sub>, які змушують [[вихрові струми]] циркулювати практично в фазі з ними. Вихрові струми, що проходять через повітряний зазор другого магнітного контуру, створюють з магнітним полем B<sub>2</sub> крутний момент, який змушує диск обертатися. Те ж саме для вихрових струмів, створених I<sub>2</sub> в магнітному полі B<sub>1</sub>. Нехай C&nbsp;— крутний момент, що діє на диск:

: <math> C = K \cdot (I_2 \cdot \frac{di_1}{dt} - I_1 \cdot \frac{di_2}{dt})</math><ref name="edf" />

Або в стаціонарному стані:

: <math> C = K \cdot \omega \cdot I_1 \cdot I_2 \cdot \sin (\tau)</math><ref name="edf" />

Для дистанційного захисту одна з котушок підключається до трансформатора струму, інша&nbsp;— до трансформатора напруги. Це призводить до характеристики mho-реле<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=25}}. Рівняння, що веде до спрацьовування, є:

: <math>U_{sc} \cdot I_{sc} \cdot \cos(\theta - \tau) = \frac{1}{Z_r} \cdot U^2 </math><ref name="Ziegler" />{{Rp|page=25}}

Тоді момент дорівнює нулю, коли <math>\theta - \tau</math> становить +/-90°. Ми знаходимо прямий кут, описаний у розділі mho-реле, між напругою та ZI, який описує коло в площині RX<ref name="idaho2" />.

Такі реле широко використовувався в Сполучених Штатах і Великобританії<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=23}}.

=== Твердотільні реле ===
[[Твердотільне реле]]&nbsp;— це реле, що складається з транзисторів, [[Операційний підсилювач|операційних підсилювачів]] і [[Логічний вентиль|логічних елементів]]<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=13}}.

Поведінку індукційного реле легко емулювати за допомогою електронних компонентів. Нехай задані [[Комплексна амплітуда|комплексні амплітуди]] <math>U</math> та <math>I</math>. Добуток

<math>Z = U/I= U {}\overline{I} = (U_x + j U_y){}\overline{(I_x + j I_y)} = (U_x + j U_y)(I_x - j I_y) = U_x I_x + U_y I_y + j(U_y I_x - U_x I_y)</math>

де <math>j</math>&nbsp;— [[уявна одиниця]], риска на [[Комплексне число|комплексним числом]] означає [[комплексно-спряжене число]]. Якщо без втрати загальності прийняти, що <math>U</math> випереджає <math>I</math> на кут <math> \tau</math>, то

<math>U_x = \left\vert U \right\vert, U_y = 0</math>

<math>I_x = \left\vert I \right\vert cos (\tau), I_y = \left\vert I \right\vert sin (\tau)</math>.

Тоді

<math>Z = \left\vert U \right\vert \left\vert I \right\vert cos (\tau) + j \left\vert U \right\vert \left\vert I \right\vert sin (\tau)</math>.

Якщо розділити дійсну та уявну частини як

<math>Z = Z_x + jZ_y</math> то

<math>Z_x = \left\vert U \right\vert \left\vert I \right\vert cos (\tau)</math>

<math>Z_y = \left\vert U \right\vert \left\vert I \right\vert sin (\tau)</math>

Обидва рівняння описують компаратори фаз, де <math>Z_x</math> має максимальне значення при співпадінні фаз, а <math>Z_y</math>&nbsp;— при зсуві фаз на <math>\pm 90^\circ</math>.<ref name=":0">{{Cite web|url=https://cdn.selinc.com/assets/Literature/Publications/Technical%20Papers/6010_DistanceRelay_Web.pdf|title=Distance Relay Element Design|last=Schweitzer, III|first=Edmund 0.|last2=Roberts|first2=Jeff|date=1 липня 2010|language=en|access-date=10 жовтня 2024}}</ref>{{Rp|page=3-4}}

<gallery mode="packed">
Файл:Phase shift logic.svg|Схема компаратора фаз на основі співпадінь. Сигнали подаються на [[Компаратор|компаратори]], з них на [[І (логічний вентиль)|логічний вентиль І]], а звідти на таймер T. Налаштування кута фаз для спрацьовування встановлюється налаштуванням таймера.
Файл:Схема сигналів у твердотільному компараторі фаз.svg|Схема сигналів у твердотільному компараторі фаз. ''U'' - напруга, ''I'' - струм, ''С(U)'' - сигнал на виході з компаратора напруги, ''С(I)'' - сигнал на виході з компаратора струму, AND - результат застосування логічного "І".
</gallery>

Компаратори фаз дозволяють реалізувати різні комбінації напруги та струму для утворення спрямованої характеристики, реактивної, mho та інших характеристик.<ref name=":0" />{{Rp|page=2}}

Перевагою твердотільних реле є те, що час їх спрацьовування не залежить від значень вхідного струму і напруги. Тому можна зменшити розмір інтервалів вибірок до значення приблизно {{Num|150|мс}}. Їхній середній час спрацьовування становить від 30 до {{Num|40|мс}}. Їх споживання електроенергії досить низьке, щоб не впливати на точність трансформаторів струму та напруги, які їх живлять. Нарешті, їх можна зробити нечутливими до парних гармонік<ref name="edf" />.

=== Мікропроцесорне реле ===
[[Мікропроцесорне захисне реле|Мікропроцесорне реле]] працює з [[Дискретизація|дискретизованим]] сигналом. Вони мають кращу точність і менший час відгуку. Селективність також покращується, навіть у випадку складних несправностей. Вони також спрощують взаємодію з комп'ютерами, наприклад, для інтеграції захисту в систему керування. Сучасні цифрові реле поєднують різні функції захисту, такі як дистанційний захист, а також вимірювання<ref name="Ziegler" />{{Rp|page=12}}.

Мікропроцесорні реле відносно близькі до твердотільних реле. Однак вони дозволяють перевіряти вибірку вхідних величин, тобто три напруги, три струми та різницевий струм, наприклад 40 разів за період. Це дає змогу більше не проводити вимірювання лише в певні моменти, коли електричні величини перетинають нуль, а майже безперервно, як електромеханічні засоби захисту. Відповідні перевірки усувають вимірювання, зроблені під час насичення трансформаторів струму. Крім того, вони можуть запам'ятовувати значення величин в мережі безпосередньо перед несправністю. Це дозволяє проводити порівняння зі значеннями під час несправності: зміна напруги дозволяє зробити висновок про те, що генератор запущено, зміна сили струму дозволяє дізнатися, яка фаза порушена, зміна потужності визначає напрямок несправності<ref name="edf" />.

Нарешті, цифрові реле можуть отримувати неелектричні сигнали, як-то оптичні, створювані датчиками струму на основі [[Ефект Фарадея|ефекту Фарадея]] або датчиками напруги на основі [[Лінійний електрооптичний ефект|ефекту Покельса]]<ref name="edf" />.

== Вартість ==
Дистанційні реле є відносно дорогими пристроями, що пояснює, чому вони використовуються для захисту ліній високої напруги. Дж. Л. Лілієн говорить про приблизну ціну {{Num|10000|€}}<ref name="lilien" />.

== Функції, пов'язані з дистанційним захистом ==

=== Повторне ввімкнення ===
Дистанційний струмовий захист зазвичай включає функцію [[Автоматичне повторне ввімкнення|автоматичного повторного ввімкнення]]. Функція повторного ввімкнення (ANSI 79) призначена для усунення перехідних і напівпостійних пошкоджень повітряних ліній, які є статистично численними<ref name="idaho2" />, порядку 95&nbsp;% несправностей<ref name="edf" />, обмежуючи час перерви на обслуговування до мінімуму. Він автоматично генерує команди на повторне ввімкнення автоматичного вимикача для повторного ввімкнення повітряної лінії після несправності та виконується в кілька етапів :

* при появі несправності автоматичний вимикач спрацьовує, щоб знеструмити ланцюг,
* час затримки, необхідний для відновлення ізоляції в місці пошкодження, порядку однієї секунди;
* відновлення живлення ланцюга шляхом скидання автоматичного вимикача.

Якщо повторне ввімкнення не вдається, дуже ймовірно, що несправність є постійною, і захист припиняє повторне вмикання після однієї або кількох спроб<ref name="edf" />.

=== Інші функції ===
Крім функцій повторного ввімкнення, цифровий дистанційний захист включає багато інших функцій: максимальний струмовий захист, спрямований захист, спрямований захист від замикання на землю тощо.

== Основні виробники ==
Провідні виробники є основними гравцями на ринку високовольтної продукції: [[ABB]], [[Siemens]], [[Schneider Electric]] і {{Li|Alstom Grid|Q=Q2840226}}. Існують і інші виробники: [[ZIV]] в Іспанії, [[General Electric]] і SEL в США, [[Toshiba]] в Японії. Інші виробники зникли, об'єднавшись в інші групи ([[Reyrolle]] у Siemens, [[АСЕА|Asea]] та BBC у ABB, [[AEG]] та [[Enertec-Schlumberger]] у те, що стало Alstom Grid).

== Коментарі ==
{{reflist|group="Прим."|refs=}}

== Примітки ==
{{reflist|refs=
{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Groupe de travail|nom1=B5.05|titre=Modern techniques for protectiong, controlling and monitoring power transformers|éditeur=CIGRÉ|collection=brochure 463|année=2011|mois=juin|isbn=|id=cigre463}}
{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Gerhard|nom1=Ziegler|titre=Numerical distance protection, principle and applications|lieu=Erlangue|éditeur=Publicis|année=2011|isbn=978-3-89578-381-4|lire en ligne=https://books.google.de/books?id=GO_9UYUbTMoC&printsec=frontcover&dq=distance+protection|consulté le=24 вересня 2013}}
}}

{{Портал|Електроніка|Енергетика}}
{{Електроенергетика}}

[[Категорія:Релейний захист]]