Максимальная токовая Защита линий

Максимальная токовая защита линий получила наибольшее распространение в радиальных сетях с одним источником питания. Селективность максимальной токовой защиты обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. В радиальной сети с односторонним питанием защита устанавливается на каждой линии. Защита наиболее удаленной от источника питания линии имеет наименьший ток срабатывания н наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии имеет выдержку времени, большую выдержки времени предыдущей защиты.

Ток срабатывания защиты выбирается большим максимального рабочего тока защищаемой линии. При этом защита обычно чувствительна к коротким замыканиям на предыдущих участках сети. Максимальная токовая защита в зависимости от типа используемых реле может иметь независимую от тока, а следовательно, и от места к. з. выдержку времени или ограниченно зависимую от тока к. з. характеристику выдержки времени. Наличие зависимой от тока характеристики выдержки времени принципиально позволяет ускорить отключение больших токов к. з. В первом случае максимальная токовая защита реализуется на реле тока типа РТ-40 и реле времени, а во втором — на комбинированном реле тока и времени типа РТ-80. Для защиты с зависимой от тока выдержкой времени k3 и k3 можно принимать меньшими, так как время срабатывания реле, создающего зависимую выдержку времени, велико при токе, близком к току срабатывания. Ток срабатывания защиты является первичным током, т. е. током в защищаемой линии, при котором защита срабатывает. Ток срабатывания (уставка) реле тока измерительного органа защиты определяется током срабатывания защиты и коэффициентом преобразования измерительного преобразователя (датчика) тока, в частности коэффициентом трансформации измерительных трансформаторов тока ТТ, а также схемой подключения реле к ТТ. Как правило, расчетным по чувствительности видом к. з. для защиты от междуфазных повреждений является двухфазное к. з. в минимальном режиме работы электрической сети. Максимальная токовая защита линии считается чувствительной, если коэффициент чувствительности при к. з. на защищаемой линии не меньше 1,5—2, а кч при к. а. на предыдущем участке сети, на котором рассматриваемая защита должна действовать как резервная, не менее 1,2. Оценка максимальной токовой защиты. Максимальная токовая защита получила широкое распространение в радиальных сетях напряжением до 35 кВ. Защита надежна, так как проста по исполнению и в эксплуатации. Селективность зашиты обеспечивается только в радиальной сети с одним источником питания. Защита небыстродействующая, причем наибольшую выдержку времени имеют защиты головных участков сети, где быстрое отключение к, з. особенно важно с точки зрения надежности снабжения потребителей электроэнергией. В отдельных случаях при значительном уменьшении мощности источника питания в минимальных эксплуатационных режимах чувствительность защиты может оказаться недостаточной, особенно при к. з. на соседних участках сети, когда рассматриваемая зашита должна действовать как резервная.

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите виды защит применяемые на линиях электропередач.

2. Чем отличается МТЗ от ТО?

3. С помощью каких устройств возможно организовать МТЗ линий?

4. Какие типы реле используются для организации ТО?

Максимальная токовая защита

Одним из наиболее характерных и четких признаков возникновения коротких замыканий, а также большинства других нарушений нормального режима работы является резкое увеличение тока, который в этих аварийных условиях становится значительно больше тока нагрузки [Л. 5, 7].

Ток, возникающий в аварийных условиях, в отличие от тока нормального режима принято называть сверх током. Таким образом, появление сверхтока является признаком возникновения аварии. На использовании этого признака основан принцип действия максимальной токовой защиты, упрощенная схема которой приведена на рис. 7-1.

К максимальной токовой защите МТЗ подводится через трансформаторы тока ТТ ток, проходящий по защищаемому элементу (линия Л). При нормальных значениях тока нагрузки линии защита не действует, но когда ток увеличится и достигнет (или превысит) заранее установленную величину, защита придет в действие (сработает) и отключит выключатель В. Значение тока, при котором происходит срабатывание защиты, называется током срабатывания защиты. Таким образом первым требованием, которому должна удовлетворять максимальная токовая защита, является правильное выявление момента возникновения аварии, что достигается установкой строго определенной величины тока срабатывания.

Появление сверхтока в каком-либо элементе не всегда является признаком повреждения именно этого элемента. Дело в том, что сверхток проходит не только по поврежденному элементу, но и по связанным с ним неповрежденным элементам электроустановки или электросети.

Так, например, в электросети, состоящей из трех последовательно соединенных участков (рис. 7-2), при к. з. в точке К сверхток IК.З. проходит от источника питания Е к месту повреждения как по поврежденному участку I, так и по неповрежденным участкам II и III. Если величина сверхтока превысит ток срабатывания, то придут в действие (запустятся) и сработают максимальные токовые защиты всех трех участков: МТЗ I, МТЗ II, МТЗ III. В результате такого действия будут отключены не только поврежденный, но и неповрежденные участки электросети, что недопустимо. Правильная ликвидация аварии будет иметь место лишь в том случае, если сработает только защита МТЗ I и отключит выключатель В1 ближайший к месту повреждения.

Таким образом, вторым требованием, которому должна удовлетворять максимальная токовая защита, является правильный выбор поврежденного участка. Для выполнения этого требования, которое называется избирательностью или селективностью, максимальные токовые защиты участков электросети должны иметь различное время срабатывания, возрастающее в направлении к источнику питания.

Время срабатывания защиты от момента возникновения сверхтока до воздействия на выключатель называется выдержкой времени. В рассматриваемом случае наименьшую выдержку времени t1 должна иметь защита МТЗ I, несколько большую t2 — защита МТЗ II и еще большую t3 — защита МТЗ III. При такой настройке выдержек времени защит электросети на рис. 7-2 при возникновении к. з. в точке К запустятся все защиты, но первой сработает защита МТЗ I и отключит выключатель В1. После этого прохождение тока к. з. прекратится и защиты МТЗ II и МТЗ III вернутся в исходное положение до того, как истечет установленная на них выдержка времени. В результате ликвидации аварии будет отключен только поврежденный участок I, а неповрежденные участки II и III останутся в работе.

Для выявления момента возникновения аварии и обеспечения действия в рассмотренной выше последовательности максимальная токовая защита состоит из двух органов: пускового органа, который выявляет момент возникновения к. з. или другого нарушения нормального режима работы и производит пуск защиты, и замедляющего органа (органа выдержки времен и), который замедляет действие защиты для создания селективности.

В качестве пусковых органов максимальной токовой защиты используются реле увеличения тока (максимальные токовые реле), а в качестве замедляющего органа — реле времени.

Токовые реле типов РТВ, РТ-80, РТ-90 содержат в себе оба органа. Поэтому при выполнении максимальной токовой защиты с использованием этих реле отдельные реле времени не устанавливаются.

Как известно, указанные выше токовые реле имеют зависимую характеристику времени срабатывания.

Поэтому максимальная токовая защита, выполняемая с помощью этих реле, называется максимальной токовой защитой с зависимой характеристикой времени срабатывания (кривая а на рис. 7-3).

При использовании в качестве пусковых органов максимальной токовой защиты токовых реле мгновенного действия типов ЭТ-250 или РТ-40 выдержка времени создается отдельными реле времени типа ЭВ или РВМ. Время срабатывания максимальной токовой защиты, выполненной с помощью указанных реле, не зависит от величины тока к. з., так как реле времени всегда срабатывают с одним и тем же установленным на них временем срабатывания. Поэтому защита такого типа называется максимальной токовой защитой с независимой характеристикой времени срабатывания (прямая б на рис. 7-3).

Максимальная токовая защита является наиболее простой и дешевой защитой и поэтому широко применяется для защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей и линий электропередачи с односторонним, а в ряде случаев и с двусторонним питанием.

 

Контрольные вопросы

1. Как работает МТЗ?

2. Где устанавливается МТЗ?

3. Назовите преимущества использования РТ80 перед РТ40.

4. Чем отстраивается селективность работы МТЗ

Токовая отсечка

Токовая отсечка (далее - ТО) является разновидностью токовых защит быстрого действия. Отличительной особенностью этого вида защит можно назвать способ обеспечения селективности, который заключается в отстройке ступеней срабатывания по величине максимального тока КЗ. Среди ТО различают устройства с выдержкой времени и моментального действия.

Еще одним отличительным признаком ТО от максимальных токовых защит можно назвать то, что они действуют строго в пределах защищаемого участка, тогда как МТЗ резервирует последующие участки.

Если выражение «работала 1 или 2 ступень МТЗ» приходится слышать часто, то про токовую отсечку такого не услышишь вовсе. ТО не должна срабатывать при повреждениях на смежных участках, где действуют защиты с таким же или с большим на ступень селективности временем срабатывания.

Для этого Iсз должен быть больше максимально возможного тока КЗ Ik(M), в конце защищаемого участка за пределами которого, защита работать не должна (рисунок 1).

Такой способ обеспечения селективной работы ТО основан на величине тока КЗ, который пропорционален ЭДС системы, и обратно пропорционален сопротивлению участка линии до точки КЗ:

Iкз=Eс/(Xc+XL);

где Ес – эквивалентная электродвижущая сила генераторов системы;

Хс и XL – сопротивление системы и индуктивное сопротивление участка линии до места повреждения; активное сопротивление проводов в расчетах не участвует ввиду пренебрежительно малого значения.

Таким образом, чем дальше находится точка повреждения от шин подстанции, где установлена ТО, тем сопротивление больше, а ток КЗ меньше. Зачастую, ТО работает не на всей длине линии, а лишь на ее участке, как это показано на рисунке 1. При повреждении в точке М, защита не работает, так как не соблюдается условие Iсз˂Ik(M).

Отсечки применяются для защиты тупиковых и транзитных линий. Трансформаторы тока, питающие цепи ТО должны работать с погрешностью не более 10%, для обеспечения заданной зоны срабатывания защиты.

Как уже было сказано выше, ТО не должна срабатывать при повреждениях на шинах подстанции В. Для этого должно быть соблюдено условие:

Iсз ˃kн*Ik(M);

где kн – коэффициент надежности. Учитывает погрешность при расчетах аварийных режимов и погрешность срабатывания токового реле. Для реле типа РТ принимается равным 1,2-1,3, для РТ-80 и РТ-90 с повышенной погрешностью принимают с запасом 1,5.

Схемы ТО без промежуточных реле имеют время срабатывания порядка времени одного периода (0,02 сек), это значит, что при расчетах следует учитывать величину тока апериодической составляющей. Для этого Ik(M)макс умножают на коэффициент ka равный 1,6–1,8.

В схемах с промежуточным реле, время срабатывания защиты увеличивается до 0,06–0,08 сек, и апериодическую составляющую можно уже не учитывать.

Изменчивость режима работы электрических сетей накладывает отпечаток на работу устройств РЗА. Так например, от состава включенного оборудования (трансформаторов, генераторов, линий электропередач) могут изменяться токи КЗ.

Это следует учитывать при расчетах уставок срабатывания отсечек. На рисунке 2 представлен графический метод определения зоны действия ТО для максимального режима сети 1 и для минимального режима 2. При максимальном режиме зона действия отсечки равна отрезку AN1, для минимального режима – AN2.

Зону действия защиты можно также определить по формуле, %:

Хотс%=(100/Хл)([Ес/Iсз]-Хс);

где Хотс% - зона действия защиты в процентах от сопротивления линии;

Хл – индуктивное сопротивление линии;

Хс – сопротивление системы;

Iсз – ток срабатывания защиты, по условию

Iсз ˃kн*Ik(M);

Выбор тока срабатывания для отсечек на линиях с двухсторонним питанием происходит следующим образом. На графике строят совместные характеристики защит обоих концов линии (рисунок 3).

Из условия селективности ток срабатывания должен быть больше тока Iка при КЗ на шинах п/с В, и больше значения Iкв при КЗ на шинах п/с А. В общем случае для линий с двухсторонним питание ТО находится по выражению:

Iсз=kн*Ik.max;

где kн – коэффициент надежности, 1,2–1,3 для реле типа РТ; 1,5 для РТ-80 и РТ-90.

Ik.max – принимается равным Iка или Iкв, в зависимости какое из значений больше.

Характерной особенностью выбора уставок для линий с двухсторонним питанием является отстройка от токов качания. Так как с обеих сторон линии есть генерация, возможен режим асинхронной работы подсистем. В этом случае ТО не должна ложно отключать линии. Для этого Iсз проверяется по условию:

Iсз=kн*I кач.макс;

Iкач.макс=2Е/Х_АВ;

где Е – ЭДС генераторов системы. Еа=Ев=Е=1,05Uген;

ХАВ – суммарное сопротивление всех элементов сети на участке АВ включая сверхпереходные сопротивление генераторов А и В; kн – 1,2–1,3.

Ток срабатывания защиты принимают равным большему, из двух полученных значений. Точка N на графике означает зону срабатывания отсечки установленной на шинах А. Для отсечки шин В зона определяется аналогично.

Отсечки моментального действия защищают лишь часть линии для обеспечения согласованной работы с остальными УРЗА.

Если же требуется быстродействующая защита на всем протяжении линии, применяют ТО с выдержкой времени. Для этого в схему ТО добавляют реле времени (рисунок 4).

Итак, если требуется обеспечить защиту линии АВ в полном объеме, необходимо отстроить ее от отсечки на шинах В. Для этого отсечка линии АВ должна срабатывать на Δt сек позже, отсечки В:

tA=tB+Δt;

В этом случае время срабатывания отсечки А составляет порядка 0,5 сек. Для исключения несанкционированного отключения линии АВ при повреждении в точке К, ток Iсз должен быть проверен по условию:

IсзA=kн*IсзB;

где kн – 1,1–1,2.

 

 

Контрольные вопросы

1 Чем определяется зона действия ТО?

2 Назовите основные типы реле применяемые для ТО.

3 Чем отстраивается селективность работы ТО

 

Лекция №6
Защита трансформаторов

Цель: Изучить типы защит применяемые для защиты силовых трансформаторов.

План:

6.1 Назначение и основные типы защиты трансформаторов.

6.2 Дифференциальная защита