Пятница, Декабрь 15, 2017

2. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ К. 3. ЛИНИЙ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Двухступенчатая токовая защита на реле прямого дей­ствия. В соответствии с «Правилами» [2] первая ступень защиты выполняется в виде токовой отсечки на реле типа РТМ, а вторая - в виде максимальной токовой защиты с обратно зависимой от тока характеристикой выдержки вре­мени на реле типа РТВ. Реле РТМ и РТВ относятся к группе реле прямого действия, которые одновременно являются измерительным и исполнительным органом, непосред­ственно воздействующим на запирающий механизм приво­да выключателя [3, 7]. Принципиальные схемы двухступенчатой токовой защиты на реле прямого действия показаны на рис. 9. Раздельное включение реле токовой отсечки: 1 и 2 типа РТМ и реле максимальной токовой защиты 3-5 типа РТВ (рис. 9,6) на разные обмотки трансформаторе тока используется в тех случаях, когда при совместном включении этих реле (рис. 9,а) оказывается недопустимо большой погрешность трансформаторов тока [5]. Макси­мальная токовая защита выполняется трехрелейной в тех случаях, когда она должна защищать трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток треугольник.

Рис. 9. Принципиальная схема двухступенчатой защиты линии 10 к1 с включением максимальных реле тока прямого действия типа РТ (токовая отсечка) и РТВ (максимальная токовая защита) на одни и же (а) и на разные обмотки трансформаторов тока (6} I, 2 - реле РТМ; 3-5 - реле РТВ; б-измерительные приборы

Рис. 10. Схемы линии 10 кВ (а) и блока линия-трансформатор (б) с

токовой отсечкой на реле прямого действия типа РТМ (IKT - плавкие предохранители (§ 6); /д д - ток срабатывания отсечки; гд, г - полные сопротивления линии и трансформатора

трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток треугольник-звезда. Поэтому реле 5 показано штриховыми линия­ми (рис.9).                                     ,. v

Токовая отсечка на реле РТМ для защиты линий 10 кВ используется относительно редко из-за невозможности обеспечить селективность между РТМ и плавкими предохранителями типа ПК.Т-10, защищающими трансформато­ры, подключенные к линиям 10 кВ. Это объясняется тем, что при к. з. на выводах трансформатора Т1 (точка К.1 на рис. 10,а) реле РТМ может сработать настолько быстро (около 0,02 с), что плавкие вставки предохранителей ПК.Т не успеют расплавиться. Расчеты показывают, что предо­хранители ПК.Т на относительно мощных трансформаторах не успевают сработать даже при повторном включении ли­нии устройством АПВ. Если же отстроить отсечку от к. з. в

ближайшем трансформаторе, т. е. выбрать ее ток сраба­тывания большим, чем ток к. з. в точке К1, то, как прави­ло, отсечка настолько загрубляется, что не может действо­вать даже при к. з. в самом начале линии.

На блоках линия-трансформатор отсечка на реле РТМ может оказаться достаточно чувствительной защитой при к. з. в любой точке линии (рис. 10,6). Высокая чувстви­тельность отсечки объясняется тем, что она отстраивается от к. з. за трансформатором (точка KJ), где значения то­ков значительно меньше, чем при к. з. в конце линии ВЛ (точка К.2 ). По кривой изменения тока к. з. в зависимости от удаленности места повреждения (рис. 10,6) видно, что выбранный ток срабатывания отсечки /с.о больше, чем ток к. з. в точке К], где отсечка не должна работать, но зна­чительно меньше, чем ток к. з. в точке К.2 и более близких точках к. з. на линии ВЛ, т. е. отсечка надежно защищает всю линию. Однако сказанное справедливо, если погреш­ность трансформаторов тока при к. з. в точке К2 не превы­шает 10%,. Если погрешность выше 10%, необходимо убе­диться в достаточной чувствительности отсечки с учетом действительной погрешности трансформаторов тока [5].

Максимальная токовая защита на реле РТВ широко ис­пользуется на линиях 10 кВ. В некоторых энергосистемах с помощью этих реле защищается около половины линий 10(6) кВ в сельской местности. В современных малогаба­ритных комплектных распределительных устройствах, на­пример К-47, реле РТВ уже не предусматриваются, а реле] типа РТМ могут использоваться лишь в качестве отключа­ющих электромагнитов, дешунтируемых при срабатывании максимальных реле тока косвенного действия типа РТ-85 (см. далее).

Токовые реле с обратно зависимой от тока выдержкой времени типа РТВ выпускаются с времятоковыми харак­теристиками t=f(lK//c.p) двух видов: более крутыми у реле типа PTB-I-PTB-III и более пологими у реле тип PTB-IV-PTB-VI. Как видно из рис. 11,о, переход в независимую часть характеристики у реле PTB-I-PTB-III (кривая ) происходит при кратностях тока к. з. /к к току срабатывания реле /с.р около 1,6-1,7, а у реле PTB-I V-PTB-VI (кривая 2)- около 3-3,5. Первый тип характеристик дает возможность ускорить отключение к. з. и вь| брать меньшее время срабатывания последующей защит! (на питающем элементе). Второй тип характеристик лучше ( обеспечивает селективность с плавкими предохранителям) на относительно мощных трансформаторах 10/0,4 кВ (более 250 кВ-А). Описание конструкций, характеристик методов обслуживания реле РТВ и РТМ приведено в рабе те [7], а примеры выбора параметров срабатывания- [5]. В работе [7] отмечены существенные недостатки реле РТВ, выпускаемых промышленностью, в том числе трудности регулировки и ремонта; большие разбросы времен] срабатывания, особенно при работе реле в зависимой части характеристики (из-за этого приходится принимать боль­шие ступени селективности t = 1 с при согласовании в зависимой части защитных характеристик смежных защит:! последующей Р32 и предыдущей Р31, рис. 11,6); невозможность, без переделки реле, установки выдержки времени в независимой части характеристики менее 0,7 с; низкий коэффициент возврата (0,65 при работе реле в зависимо? части характеристики).

рис 11 Защитные характеристики f-=f(I) максимальных реле тока прямого действия типа PTB-I-кривая / и PTB-IV-кривая 2 (а) и

карта селективности (б) с защитными характеристиками предыдущей Р31 и последующей Р32 максимальных токовых защит на реле типа РТВ

^ /„ . _ ступень селективности между защитами Р32 и Р31 при расчетном токе, соответствующем максимальному значению тока при к. з. в месте установки предыдущей защиты Р31                                  

Для сравнения отметим, что у полупроводниковых реле тока с зависимой характеристикой. коэффициент возврата равен примерно 1, что позволяет при прочих равных условиях выполнить в 1,5 раза более-чувствительную максимальную токовую защиту. Ступени > селективности при использовании полупроводниковых то­ковых защит с зависимой характеристикой принимаются в пределах 0,3-0,4 с. Из аналогичных электромеханических реле наиболее точными являются индукционные реле тока серии РТ-80 (бывшее наименование ИТ-80), которые ши­роко применяются для защиты сельских сетей 10 кВ.

Максимальная токовая защита линий и блоков ли­ния-трансформатор на реле РТ-80. Максимальное реле то­ка косвенного действия РТ-80 состоит из трех элементов:

индукционного с обратно зависимой от тока выдержкой времени, электромагнитного мгновенного действия (отсеч­ки) и указательного, сигнализирующего о срабатывании реле на замыкание или переключение контактов [3, 8]. В схемах защиты на постоянном или выпрямленном опера­тивном токе (рис. 12,а) при срабатывании реле типа РТ-81 его замыкающие контакты замыкаются и подают «плюс» оперативного тока на отключающий электромагнит (ка­тушку) выключателя ЭО через вспомогательные контакты выключателя 8KB.

В схемах защиты на переменном оперативном токе ис­пользуются реле типа РТ-85, которые имеют такую же кон­струкцию и такие же времятоковые характеристики, что и

Рис. 12. Схемы максимальных токовых защит на реле типа РТ-80 (Р\ Р2) на постоянном (а) и переменном (б) оперативном токе

ЭО - электромагнит отключения выключателя В; ВК.В - вспомогательные такты этого выключателя

реле РТ-81, но специальные усиленные контакты, выполненные переключающими (рис. 12,6). До срабатывания pi ле PI (P2) размыкающий контакт 1 замкнут и шунтирует соответствующий электромагнит отключения ЭО, а замы­кающий контакт 2 разомкнут и ток через ЭО не проходит;:

При срабатывании реле Р1(Р2) его контакты переключаются таким образом, что сначала замыкается контакт 2, q затем размыкается контакт /. Электромагнит отключений 30 подключается к трансформаторам тока ТТ последовательно с катушкой соответствующего реле и при достаточном значении тока срабатывает на отключение выключателя. Такие схемы защиты называются схемами с дешунтированием электромагнитов отключения.

Сочетание в реле РТ-80 индукционного и электромаг­нитного элементов позволяет выполнить двухступенчатую защиту линии 10(6) кВ с помощью двух реле (рис. 12), а не четырех (рис. 9). Для повышения чувствительности за­щиты при двухфазных к. з. за трансформаторами 10(6) кВ со схемой соединения обмоток треугольник-звезда Д.У рекомендуется установить третье реле РТ-85. Если в при­воде выключателя имеется только два ЭО, в дополнитель­но устанавливаемом реле РТ-85 производится несложное изменение внутренних соединений для раздельного вывода на свободные внешние зажимы реле его катушки, замыка­ющего 2 и размыкающего 1 контактов. Замыкающий кон­такт 2 включается параллельно с аналогичным замыкаю­щим контактом 2 реле Р1, а размыкающий контакт / вклю­чается последовательно с аналогичным контактом 1 реле PI [9]. Таким образом, реле Р1 и дополнительное реле

при срабатывании вместе или по отдельности производят дешунтирование одного и того же ЭО. Катушка дополни­тельного реле включается в обратный провод схемы непол­ной звезды (аналогично реле 5 на рис. 9).

Времятоковые характеристики индукционного элемента реле РТ-80 имеют примерно такой же вид, как у реле PTB-IV-PTB-VI (рис. 11,а), и приводятся в справочной литературе [8]. Характеристики РТ-80 хорошо согласуют­ся с времятоковыми характеристиками плавких предохра­нителей, которые защищают трансформаторы, подключен­ные к линиям 10(6) кВ. По сравнению с РТВ реле РТ-80 имеют более высокий коэффициент возврата индукционно­го элемента, принимаемый в расчетах равным 0,8, более широкие возможности выбора тока и времени срабатыва­ния.

Реле PTB-IV-PTB-VI и РТ-80 позволяют выполнять со­гласование смежных защит в зависимых частях их время - токовых характеристик. При этом защиты могут иметь оди­наковые уставки по времени (в установившейся части ха­рактеристики), но разные уставки по току срабатывания». При одном и том же значении тока к.з., проходящего через все смежные защиты, кратность тока в реле этих защит будет разная, причем более близкая к месту к. з. и, самая чувствительная защита с наименьшим током сраба­тывания реле будет иметь наибольшую кратность тока в реле и наименьшее время срабатывания [5]. Таким обра­зом, в ряде случаев можно обеспечить селективность защит без накопления выдержки времени по направлению к источ­нику питания. Однако при больших значениях токов к. з. и, следовательно, больших кратностях тока в реле все смеж­ные защиты работают в установившейся части характерис­тики и тогда согласование между ними должно вестись по ступенчатому принципу, т. е. с накоплением выдержек вре­мени. Это является недостатком защит на реле РТВ и РТ-80 при использовании их на линиях, состоящих из нескольких участков.

Электромагнитный элемент реле РТ-80 (отсечка) может быть плавно отрегулирован на ток срабатывания /с.о в пределах от 2- до 8-кратного по отношению к току сраба­тывания максимальной токовой защиты /с.з (рис. 13). При срабатывании отсечки короткие замыкания на линиях от­ключаются без выдержки времени (рис. 10,6). Но и при невозможности выполнения селективной отсечки электро­магнитный элемент реле РТ-80 остается в работе. Благода­ря этому в схемах с дешунтированием (рис. 12,6)

Рис. 13. Защитная характеристика максимального реле тока типаЯ РТ-80 (а) и карта селективности (б) с защитными характеристиками' максимальных токовых защит линии 10 кВ на реле РТ-40 и РВ (кри-1 вые !/ и ./'), РТ-80 или РТВ (кривая 2} и времятоковой характеристи-i кой плавкого предохранителя 10 кВ (кривая 3}, защищающего транс­форматор 10/0,4 кВ, подключенный к этой линии 1с.о' ^с.з-twu срабатывания отсечки и максимальной защиты

можно не опасаться возврата реле РТ-85 после его срабатывания и подключения ЭО к трансформаторам тока (из-за увеличения их погрешности). Несмотря на то, что ток г катушке реле может снизиться в 2-3 раза по сравнении с режимом до дешунтирования ЭО, возврата реле РТ-8Е не происходит из-за низкого коэффициента возврата егс электромагнитного элемента, что обеспечивает надежно< отключение выключателя поврежденной линии [5, 9].

Схемы с дешунтированием ЭО (рис. 12,6) могут применяться при условии, что максимальное вторичное значении ( тока к. з. не превышает 150 А при полном сопротивлениям дешунтируемых ЭО, не превышающем 4,5 Ом при токг^ 3,5 А, и не более 1,5 Ом при токе 50 А [8]. Вторичное значение тока к. з. /2к определяется по выражению где /ж-первичное значение тока через защиту при к. з. месте ее установки, А; Пт-коэффициент трансформации трансформаторов тока, выбираемый по номинальному ток защищаемого присоединения.

На современных подстанциях 110/10 кВ в сельско] местности с понижающими трансформаторами мощность» 10 MB-А и более первичные значения токов при к. з. Hi линиях 10 кВ близ подстанции могут превышать 5 кА При установке на линиях трансформаторов тока с Пт= ==100/5 и 150/5 расчетное значение /2к по выражению (1 ) превышает 150 А. Для уменьшения значения 1-гк увеличи­вают «т, но при этом необходимо убедиться в достаточной чувствительности не только реле защиты, но и дешунтируемого электромагнита отключения ЭО при к. з. в конце за­щищаемой линии и зон резервирования, особенно в тех случаях, когда ток срабатывания ЭО равен 5 А.

На действующих подстанциях, где защита линий ]0 (6) кВ выполнена по схеме с дешунтированием ЭО (рис. 12,6), при увеличении расчетных значений /2к>150А (например, при замене питающего трансформатора на бо­лее мощный) можно оценить значение /2к с учетом токовой погрешности трансформаторов тока [5, 9]. Например, при /1к=4 кА и Пт= 100/5 по выражению (1) /2к==200 А и схема с дешунтированием ЭО оказывается непригодной. Но при такой большой кратности тока к. з. по отношению к номинальному первичному току трансформаторов тока (4000/100 ==40) погрешность стандартных трансформато­ров тока 10 (6) кВ, как правило, значительно превыщает 10%. Для схем защиты, смонтированных в КРУ, погреш­ность трансформаторов тока достигает 30-50% и, следо­вательно, фактические значения /2к будут находиться в пределах 0,7-0,5 от значений /2к, рассчитанных по выра­жению (1). В данном примере это составит от 140 до 100 А, т. е. меньше 150 А [5, 9].

Для точной работы индукционного элемента реле РТ-80 необходимо, чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала 50% при токе срабатывания электромагнитно­го элемента (отсечки). Опыт проектирования и обслужива­ния защит в сельских сетях показывает, что все перечис­ленные условия применения реле РТ-80, как правило, мо­гут быть выполнены.

Двухступенчатая токовая защита с независимой харак­теристикой на реле типа РТ-40. Для выполнения двухсту­пенчатой защиты устанавливаются два реле РТ-40 токо­вой отсечки и два или три реле РТ-40 максимальной токо­вой защиты. Цепи переменного тока аналогичны рис. 9. Третье реле максимальной токовой защиты устанавливается при наличии в сети силовых трансформаторов 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y.

На постоянном и выпрямленном токе схема защиты с реле РТ-40 применяется часто, но на линиях 10 кВ, по ко-горым питаются трансформаторы, защищаемые плавкими предохранителями, не зависимая от тока характеристика времени срабатывания этой защиты часто приводит к не­обходимости увеличения ее тока срабатывания. На рис.13,6 видно, насколько значительно должен быть увеличу ток срабатывания защиты с независимой характеристике; (от характеристики / к характеристике //) по сравнении с током срабатывания защиты с зависимой характеристи кой 2, для того чтобы обеспечить селективность защит! линии 10 кВ с плавкими предохранителями, защищающи ми наиболее мощные трансформаторы 10 кВ (характерно тика 3).

На переменном оперативном токе схема защиты значительно усложняется из-за необходимости установки специального токового реле времени типа РВМ-12 и специальных промежуточных реле типа РП-341 [8], переключающи контакты которых служат для дешунтирования ЭО подобж контактам реле РТ-85 (рис. 12,6). Из-за сложности аппа ратуры и неудобства согласования независимой характе-' ристики срабатывания с зависимыми времятоковыми ха-, рактеристиками плавких предохранителей схема с реле РТ-40 на подстанциях с переменным оперативным током для защиты сельских линий 10 (6) кВ применяется редко. Так же редко применяются другие типы максимальных то­ковых защит с не зависимой от тока выдержкой времени, например ТЗК-1, ТЗК-2 и т. п.

Полупроводниковая максимальная токовая защита ти­па ТЗВР [4]. Устройство ТЗВР включает в себя односи­стемную максимальную токовую защиту с регулируемой в широких пределах ограниченно зависимой времятоковой характеристикой, у которой время действия в зависимой части линейно зависит от тока, а также токовую отсечку, указательные реле, сигнализирующие о срабатывании за­щиты и электромагнита отключения выключателя, токовый блок питания этого электромагнита и органы оперативно го опробования работоспособности всего устройства.

В зависимой части времятоковая характеристика T3BR имеет вид наклонной прямой линии (рис. 14,а), причем ее наклон (крутизна) может регулироваться. В независимо] части характеристики время срабатывания может регулироваться от 0,1-0,2 до 4 с. Такая характеристик позволяет согласовывать действия последовательно установленных комплектов ТЗВР с меньшим накоплением выдержек времени, чем при согласовании между собой за щит с реле РТ-80 или РТВ (штриховые характеристики 2 и 3' на рис. 14,6). Однако при установке защиты ТЗВР сети, где предыдущая защита выполнена на реле РТВ ил РТ-80, это преимущество ТЗВР в значительной мере теряется. 28

Рис. 14. Защитная (времятоковая) характеристика <=/'(/) полупровод­никовой защиты типа ТЗВР (а) и карта селективности (б) с защитными характеристиками максимальных токовых защит ТЗВР (/-3) и на реле РТ-80 или РТВ (2', 3')

Защита ТЗВР имеет одинаковую чувствительность при трехфазных и двухфазных к. з. на защищаемой линии, т. е. чувствительность ее на 15% выше, чем у максимальных защит с реле РТВ и РТ-80, включенными на фазные токи. Это является достоинством защиты ТЗВР, однако создает дополнительные трудности при согласовании ее зависимой времятоковой характеристики с зависимыми времятоковыми характеристиками предыдущих защит на реле РТВ и РТ-80, поскольку надо учитывать, что при двухфазном: например в точке К2 (рис. 14,6), время срабатывания защиты 3 типа ТЗВР будет определяться значением тока 1-фазного к. з., на 15% большим, чем ток двухфазного, а время срабатывания защиты 2 на реле РТВ или РТ-80-меньшим на 15% значением тока. При меньшем токе защита 2 работает дольше и для обеспечения селективности необходимо принять большее время действия последующей защиты ТЗВР.

Максимальная токовая защита типа ТЗВР имеет высо­кий коэффициент возврата - не менее 0,98. Это дает воз­можность повысить чувствительность защиты на одной и той же линии по сравнению с защитой на реле типа РТВ в 1,5 раза, а с реле РТ-80-примерно в 1,2 раза. Ток сра­батывания максимальной защиты ТЗВР можно регулиро­вать в широких пределах - от 2,5 до 40 А, время срабаты­вания - от 0,1 до 4 с.

В устройстве ТЗВР предусмотрена также токовая от­сечка. Еще одним достоинством устройства ТЗВР является автономный источник оперативного тока - блок питания, обеспечивающий работу защиты и электромагнита отклю­чения выключателя при вторичных токах, начиная с номинального, 5 А в одном из трансформаторов тока (фазы . или С). Описание устройства ТЗВР приведено в работе [4], рекомендации и примеры выбора уставок в рабо­те [5].