1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СРАБАТЫВАНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ (МТЗ) И ТОКОВОЙ ОТСЕЧКИ (ТО)
- Категория: М.А. Шабад "Максимальные токовые защиты"
Принцип действия. Максимальная токовая защита и токовая отсечка запускаются при возникновении на защищаемом элементе сверхтока, значение которого превышает заранее установленный ток срабатывания (уставку) измерительных органов защиты — максимальных реле тока. При этом токовая отсечка дает команду на отключение защищаемого элемента, как правило, мгновенно, поскольку зона ее действия не выходит за пределы этого элемента. Максимальная токовая защита должна действовать на отключение с некоторой задержкой (выдержкой кой времени) для того, чтобы дать возможность сработать раньше другим аналогичным защитам, расположенным ближе к месту повреждения.
На рис. 1 зона действия токовой отсечки Т, установленной на линии ЛЗ, не выходит за пределы защищаемой линии, иначе говоря, на все КЗ вне этой зоны токовая отсечка линии ЛЗ не реагирует. При КЗ в зоне ее действия отсечка срабатывает без выдержки времени. Максимальная токовая защита ТВ на этой линии ЛЗ может и, как правило, должна запускаться также и при КЗ на предыдущих элементах, т. е. на линии Л2 и даже на Л1. Это необходимо для того, чтобы при КЗ, например, на линии /72 и при отказе в отключении линейного выключателя В2 смогла бы действовать защита последующей линии ЛЗ и отключить выключатель
Л1
Рис.1 Зоны действия максимальных токовых защит(ТВ)и токовых отсечек(Т)
Iотс , Iмтз — зоны действия токовой отсечки и максимальной токовой защиты линии ЛЗ;Iрез - зона дальнего резервирования максимальной токовой защиты линии ЛЗ;
К — точка короткого замыкания(КЗ); t1 –t3 - время срабатывания максимальныхтоковыхзащит линий Л1-ЛЗ соответственно;
В1-ВЗ - выключатели на этих линиях электропередачи
ВЗ. Однако при КЗ в точке К и при своевременном отключении выключателя В2 не должно происходить отключения ВЗ. Для этого выдержка времени t3 защиты последующей линии ЛЗ должна быть больше выдержки времени t2 защиты предыдущей линии Л2. Условие tЗ посл > tЗ пред является одним из важнейших для обеспечения селективной (избирательной) работы релейной защиты.
А способность защиты 3 реагировать на удаленные КЗ на предыдущей линии Л2 называется дальним резервированием.
Таким образом, совместное применение максимальной токовой защиты и токовой отсечки, иначе говоря — двухступенчатой токовой защиты, наилучшим образом обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к релейной защите [1,2]:
селективность, или избирательность, т. е. способность отключения в первую очередь ближайшего к месту повреждения выключателя;
чувствительность ко всем видам повреждения в основной защищаемой зоне и в зонах дальнего резервирования (последнее, к сожалению, не всегда технически возможно, что и оговорено в Правилах [1];
быстродействие, т. е. обеспечение минимально возможного времени отключения сверхтоков КЗ;
надежность функционирования устройств, т. е. надежность срабатывания на отключение при аварийных условиях и надежность несрабатывания при технологических перегрузках защищаемого элемента.
Максимальные реле тока и их характеристики. Максимальные реле тока образуют пусковой орган максимальных токовых защит и токовых отсечек, который выявляет аварийный режим по факту появления сверхтоков. Реле делятся на первичные и вторичные, а также на реле прямого и косвенного действия.
Простейшая максимальная токовая защита выполняется с помощью первичного реле прямого действия, у которого катушка (электромагнит ЭО) включается непосредственно в цепь защищаемого элемента — линии (рис. 2, а), а якорь при перемещении производит отключение выключателя В. Таким образом, электромагнит совмещает функции реле (РТ) и электромагнита отключения выключателя (ЭО). Схемы защиты с первичными реле прямого действия достаточно широко используются в электрических сетях главным образом напряжением до 1 кВ.
В электрических сетях 6 и 10 кВ около половины всех максимальных токовых защит выполнено с помощью вторичных реле прямого действия (рис. 2, б). Здесь катушка электромагнита РТ—ЭО включается в цепь защищаемого элемента через измерительный трансформатор тока ТТ, который в десятки раз уменьшает первичный ток КЗ, а также "отделяет" катушку электромагнита от высокого напряжения первичной цепи. Но здесь, так же как и в предыдущем случае, электромагнит совмещает функции реле (РТ) и электромагнита отключения выключателя (ЭО).
Рис2Принципиальныесхемывыполнениямаксимальныхтоковых защите помощью первичных реле тока прямого действия(а), вторичных реле тока прямого
действия (б) и вторичных реле тока косвенного действия (в) Условно показано только дли одной фазы;РТ - реле тока;ЭО - электромагнит отключениявыключателя В;ТТ - измерительные трансформаторы тока
Более совершенными являются схемы защиты с вторичными реле тока косвенного действия (рис. 2, в). Здесь выключатель В имеет свой электромагнит отключения ЭО, а оперативный ток для его срабатывания подается контактными реле РТ. которые замыкаются при срабатывании реле. В этой схеме использован оперативный постоянный ток, "плюс" и "минус" которого подаются от аккумуляторной батареи или выпрямительного устройства. Схемы защиты на оперативном переменном токе рассматриваются далее.
Максимальные реле тока выполняются как без замедления (мгновенного действия), так и с замедлением действия. Реле тока мгновенного действия используются в схемах максимальных токовых защит совместно с реле времени. Времятоковая характеристика таких защит изображается прямой линией (рис. 3, а, характеристика 1). Поскольку заданное при настройке время срабатывания защиты не изменяется в зависимости от значения тока КЗ, говорят, что это защита сн е з ав и с и м о и(от тока)характеристикой.Кмаксимальнымреле тока мгновенного действия относятся реле РТ-40 и РТ-140, а также ЭТ-520
(выпускалисьдо1960г.),РСТ-11,РСТ-13(выпускаются с 1985 г.) и некоторыедругие.
Максимальные реле тока с замедлением действия имеют время-токовую характеристику, как правило, в виде кривой, причем с увеличением значения тока через защиту, и, следовательно, через реле, значение времени срабатывания реле уменьшается (рис. 3, а, кривая 2). Используются следующие типы токовых реле с обратнозависимой от тока выдержкой времени (зависимой характеристикой): РТВ, РТ-80, специальный токовый орган в многофункциональном устройстве защиты типа ЯРЭ-2201, комплектное устройство ТЗВР, которое имеет прямолинейную времятоковую характеристику.
Защиты и реле с ограниченно зависимой времятоковой характеристикой при определенных больших значениях тока по сравнению с их током срабатывания имеют уже постоянную выдержку времени, не уменьшающуюся при увеличении тока КЗ. Переход от зависимой к независимой (установившейся) части времятоковой характеристики происходит при разной кратности тока /к по отношению к току срабатывания защиты (характеристики 1—3 на рис. 3, б). Некоторые современные реле имеют зависимую времятоковую характеристику без установившейся (независимой) части (кривая 4 на рис. 3, б). Защиты с зависимыми характеристиками широко используются в нашей стране и за рубежом главным образом в электроустановках напряжением до 20 кВ, где значительное число элементов защищается плавкими предохранителями, у которых времятоковые характеристики имеют аналогичный вид. Это облегчает выбор уставок максимальных токовых защит.
Максимальные токовые защиты с независимыми характеристиками устанавливаются на понижающих трансформаторах напряжением 35 кВ и выше, на генераторах, на линиях электропередачи разных классов напряжения, на электродвигателях и других элементах. Для создания выдержки времени в схемах этих защит используются реле времени (§5).
Ток -срабатывания токовой отсечки выбирается таким образом, чтобы отсечка не чувствовала КЗ за пределами защищаемого элемента, например линии ЛЗ на
рис. 1. При КЗ на предыдущих элементах: на линии Л2 или в трансформаторе Т подстанции Б, отсечка линии ЛЗ не должна срабатывать. Для этого ее ток срабатывания должен быть больше, чем максимальное значение тока КЗ в конце защищаемой линии. Как правило, токовая отсечка не может защищать всю линию или трансформатор, и является поэтому вспомогательной защитой, дополняющей основную — максимальную токовую или дистанционную защиту. Бывают и исключения, например на блоках линия — трансформатор. Повысить чувствительность токовой отсечки и увеличить зону ее действия иногда удается с помощью небольшой выдержки времени (§ 8).
Ток срабатывания максимальной токовой защиты выбрать значительно сложнее, поскольку необходимо знать наибольшее значение рабочего тока защищаемого элемента, количество и параметры электродвигателей, участвующих в самозапуске после кратковременного перерыва питания, возможности параллельной работы питающих (последующих) и питаемых (предыдущих) элементов и другие условия. Расчеты параметров срабатывания максимальных токовых защит и токовых отсечек рассмотрены в § 7—10.
Для защиты, выполненной с вторичными реле тока, необходимо определить ток срабатывания реле (уставку) по выражению
(1)
где / с.з – ток срабатывания защиты (отсечки). А; k(3)cх- коэффициент схемы, показывающий, во сколько раз ток в реле больше, чем ток во вторичной обмотке трансформатора тока при нормальном симметричном режиме работы защищаемого элемента; значение его зависит от схемы соединения трансформаторов тока и реле (§ 2); nт — коэффициент трансформации трансформаторов тока.
Оценка эффективности защиты производится с помощью коэффициента чувствительности кчув который показывает, насколько ток в реле защиты при разных видах КЗ превышает ток срабатывания /с.р (уставку):
(2)
где /pmin — минимальное значение тока в реле при наименее благоприятных условиях, А. При определении значения этого тока необходимо учитывать вид и место КЗ, схему включения измерительных органов (реле) защиты, а также реально возможные минимальные режимы работы питающей энергосистемы, при которых токи КЗ имеют наименьшие значения.
Минимальные значения коэффициента чувствительности защит должны быть не менее, чем требуется Правилами [1]. Например, для максимальной токовой защиты они должны иметь не менее 1,5 при КЗ в основной зоне защиты и около 1,2 при КЗ в зонах дальнего резервирования (рис. 1).