Максимальная токовая защита линий

Основным признаком возникновения к.з. и перегрузки является увеличение тока в линии. На использовании этого признака и основан принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ), которая приходит в действие (срабатывает) при увеличении тока сверх определённого значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, используются максимальные токовые реле.

Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для радиальных сетей с односторонним питанием и устанавливаются в начале каждой линии со стороны источника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней или на шинах питающиеся от неё подстанции. Селективность МТЗ обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. Защита наиболее удалённая от источника питания имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии имеет большую выдержку времени чем выдержка времени предыдущей защиты.

При к.з. в какой-либо точке сети, например, в точке К1 (рис. 3-6), ток к.з. проходит по всем участкам сети между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие (запускаются) защиты 2 и 3. Однако, по условию обеспечения селективности на отключение, должна подействовать только защита 2, установленная на поврежденной линии.

	Рис. 3-6 Время срабатывания МТЗ с независимыми (а) и (б) с зависимыми характеристиками выдержек времени в радиальной сети.

 

 

Основными параметрами срабатывания МТЗ являются: ток срабатывания (I_{с.з .}) и время срабатывания (t_{с.з .}) защиты.

Время срабатывания (выдержка времени) МТЗ в общем случае выбирается на ступень селективности (Dt) больше наибольшей выдержки времени предыдущей защиты (рис. 3-6, а):

(3-6)

t_с.з.2 = t_с.з.1 + Dt

t_с.з.3 = t_с.з.2 + Dt

В зависимости от используемых реле и выключателей ступень селективности может иметь различные значения. Например, при использовании вторичных реле косвенного действия Dt не превышает 0,2-0,6 с, а при использовании менее точных реле прямого действия Dt составляет 0,8-1 с.

Обычно в расчетах ступень селективности принимается равной 0,5с.

МТЗ в зависимости от типа используемых реле может иметь независимую от величины тока (следовательно, независимую от места к.з.) характеристику выдержки времени (рис. 3-6, а) или зависимую от тока характеристику выдержки времени (рис. 3-6, б). Наличие зависимой от тока выдержки времени принципиально позволяет ускорить отключение больших токов к.з.

МТЗ с независимой выдержкой времени реализуются на реле тока типа РТ‑40 и реле времени, а с зависимой выдержкой времени – на комбинированных реле тока и времени РТ‑80.

Рассмотренный принцип выбора выдержек времени срабатывания для МТЗ с независимой выдержкой времени называется ступенчатым.

Необходимо отметить, что в сетях с 2‑х сторонним питанием (с несколькими источниками питания) достичь селективного действия МТЗ только путём подбора выдержек времени, как правило, не удаётся и необходимо применять более сложные направленные защиты.

Ток срабатывания защиты

Минимальный ток, при котором защита срабатывает называется током срабатывания максимальной токовой защиты.

Ток срабатывания МТЗ выбирается большим максимального рабочего тока защищаемой линии (максимального тока нагрузки) с учетом необходимости возврата защиты после отключения к.з. защитой предыдущего участка сети.

Для решения этой задачи необходимо выполнить следующие условия:

1. Ток срабатывания защиты должен быть больше максимального рабочего тока нагрузки:

I_с.з. > I_{раб.макс} (3-7)

 

где:
Iс.з.	-	ток срабатывания;
Iраб.макс	-	максимальный рабочий ток нагрузки.

2. После отключения внешнего к.з. пусковые органы защиты должны вернуться в исходное состояние:

(3-8)

где:
	-	коэффициент возврата токовых реле

3. При выборе тока срабатывания необходимо учесть увеличение тока при пуске двигателей:

(3-9)

где:
Кс.зап.	-	коэффициент самозапуска, равный отношению пускового тока двигателя Iпуск к его номинальному значению Iном.д.

Обычно значение К_{с.зап .} находится в пределах от 1,2 до 4.

Для примера рассмотрим характер изменения тока в линии 3 (рис. 3-6) при отключении к.з. в точке К1. До момента возникновения к.з. ток в линии (рис. 3-7) равен рабочему току I_{раб .} В течение отрезка времени t₁-t₀ по линии проходит ток к.з. I_к. После срабатывания защиты 2 и отключения повреждённой линии (в момент времени t₁) ток в линии 3 уменьшается до величины I_{зап .} Этот ток I_зап. > I_{раб .} так как электродвигатели, получающие питание от подстанции 2 за время к.з. тормозятся, а после отключения к.з. происходит их самозапуск и они потребляют ток I_зап. больший рабочего I_раб.

	Рис. 3-7. Выбор тока срабатывания МТЗ по условию возврата реле после отключения к.з.

 

 

Окончательное выражение для расчёта тока срабатывания МТЗ запишется в следующем виде:

(3-10)

где:
Кн	-	коэффициент надёжности, который для: · электромагнитных реле принимается равным 1,2-1,3; · полупроводниковых реле – 1,15-1,2; · индукционных реле – 1,5

Для того чтобы определить ток срабатывания токовых реле, достаточно учесть коэффициент трансформации трансформаторов тока и схему соединения трансформаторов тока и реле:

(3-11)

где:
nTT	-	коэффициент трансформации трансформаторов тока;
Ксх	-	коэффициент схемы, равный отношению тока в реле к вторичному току трансформатора тока

Чувствительность МТЗ оценивается коэффициентом чувствительности К_ч, равным отношению тока к.з. в минимальном режиме к току срабатывания защиты:

(3-12)

где:
	-	минимальное значение тока 2‑х фазного к.з.

Чувствительность проверяется для двух режимов работы защиты – основного и режима резервирования.

Если МТЗ является основной защитой, то её чувствительность проверяется по к.з. в конце защищаемой линии. Значение К_ч в этом случае:

К_ч ³ 1,5

Если МТЗ работает в качестве резервной защиты, то чувствительность проверяется по к.з. в конце резервируемой линии:

К_ч ³ 1,2

Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты применяются схемы с пуском (с блокировкой) от реле минимального напряжения. Такая защита называется максимальной токовой защитой с пуском (блокировкой) по напряжению (рис. 3-8).

Из схемы видно, что защита будет действовать на отключение только после срабатывания реле минимального напряжения.

Для обеспечения надёжной работы защиты при всех видах междуфазных и однофазных к.з. устанавливаются три реле минимального напряжения 1, включаемые на линейные напряжения сети и одно реле минимального напряжения 2 реагирующее на появление напряжения нулевой последовательности.

В сетях с изолированной нейтралью токовая часть схемы МТЗ с пуском по напряжению выполняется двухфазной. В части реле напряжения схема выполняется 3‑х фазной для обеспечения надёжной работы при 2‑х фазных к.з., а реле напряжения, реагирующее на нулевую последовательность, не устанавливается, так как защита должна действовать только при междуфазных к.з.

 

Ток срабатывания МТЗ с пуском по напряжению отстраивается не от максимального тока нагрузки линии, а от тока нормальной нагрузки I_{н. норм}, который обычно в 1,5¸2,0 раза меньше I_{н. макс.}.

(3-13)

В результате этого чувствительность защиты при к.з. резко повышается.

Напряжение срабатывания защиты выбирается исходя из следующих условий:

- реле напряжения не должны срабатывать (замкнуть контакты) при минимальном значении рабочего напряжения:

- реле напряжения должны возвращаться (разомкнуть контакты) после отключения к.з. и восстановления напряжения до уровня минимального рабочего:

при этом

где:
	-	коэффициент надёжности

Учитывая, что окончательная формула для расчёта напряжения срабатывания МТЗ с пуском по напряжению:

(3-14)

Напряжение U_{раб.мин.} обычно принимается на 5-10% ниже нормального значения.

Чувствительность проверяется по максимальному значению напряжения при к.з. в конце зоны действия защиты, при этом коэффициент чувствительности:

Напряжение срабатывания реле максимального напряжения реагирующего на появление напряжения нулевой последовательности отстраивается от напряжения небаланса фильтра напряжений нулевой последовательности (обмотки разомкнутого треугольника ТН), т.е. U_с.р.>U_кб и обычно принимается равным 15-20% максимального напряжения на зажимах реле при однофазных к.з.

Выводы: