При коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ) приходит в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения.
Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки, где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.
Рис. 4.1.1
- МТЗ с независимой выдержкой времени
- Схемы защиты МТЗ
- Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
- Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
- Двухрелейная схема
- Одно-релейная схема МТЗ
- Выбор тока срабатывания защиты МТЗ
- Чувствительность защиты МТЗ
- Выдержка времени защиты МТЗ
- Выбор времени действия защит МТЗ
МТЗ с независимой выдержкой времени
МТЗ – основная защита для воздушных линий с односторонним питанием. МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные линии, мощные двигатели напряжением 6, 10 кВ.
Рис. 4.2.1
Расположение защиты в начале каждой линии со стороны источника питания. На рис. 4.2.1 изображено действие защит при КЗ в точке К. Выдержки времени защит подбираются по ступенчатому принципу и не зависят от величины тока, протекающего по реле.
Схемы защиты МТЗ
Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
Схема защиты представлена на рис.4.2.2: Основные реле:
- Пусковой орган – токовые реле КА.
- Орган времени – реле времени КТ.
Вспомогательные реле:
- KL – промежуточное реле;
- KH – указательное реле.
Рис. 4.2.2
Промежуточное реле устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения YAT из-за недостаточной мощности своих контактов. Блок-контакт выключателя SQ служит для разрыва тока, протекающего по катушке отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размыкание.
Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
В тех случаях, когда МТЗ должна реагировать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле, как более дешевые.
Двухрелейная схема
Рис. 4.2.3
Достоинства
1. Схема реагирует на все междуфазные КЗ на линиях.
2. Экономичнее трехфазной схемы.
Недостатки
Меньшая чувствительность при 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр. (В два раза меньше чем у трехфазной схемы).
Рис. 4.2.4
При необходимости чувствительность можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. Чувствительность повышается в два раза – схема становиться равноценной по чувствительности с трехфазной.
Схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные КЗ.
двухфазные схемы применяются в качестве защиты от междуфазных КЗ и в сетях с глухозаземленной нейтралью, при этом для защиты от однофазных КЗ устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток нулевой последовательности.
Одно-релейная схема МТЗ
Рис. 4.2.5
Схема реагирует на все случаи междуфазных КЗ.
Достоинства
Только одно токовое реле.
Недостатки
- Меньшая чувствительность по сравнению с 2 – релейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС.
- Недействие защиты при одном из трех возможных случаев 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр.
- Более низкая надежность – при неисправности единственного токового реле происходит отказ защиты. Схема применяется в распределительных сетях 6…10 кВ и для защиты электродвигателей.
Рис. 4.2.6
Выбор тока срабатывания защиты МТЗ
Защита должна надежно срабатывать при повреждениях, но не должна действовать при максимальных токах нагрузки и её кратковременных толчках (например, запуск двигателей).
- Слишком чувствительная защита может привести к неоправданным отключениям.
- Главная задача при выборе тока срабатывания состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки.
Существуют два условия определения тока срабатывания защиты.
Первое условие. Токовые реле не должны приходить в действие от тока нагрузки:
Iс.з>Iн.макс, (4.1)
где Iс.з – ток срабатывания защиты (наименьший первичный ток в фазе линии, необходимый для действия защиты);
Iн.макс – максимальный рабочий ток нагрузки.
Второе условие. Токовые реле, сработавшие при КЗ в сети, должны надёжно возвращаться в исходное положение после отключения КЗ при оставшемся в защищаемой линии рабочем токе.
При КЗ приходят в действие реле защит I и II (рис.4.2.1). После отключения КЗ защитой I прохождение тока КЗ прекращается и токовые реле защиты II должны вернуться в исходное положение.
Ток возврата реле должен быть больше тока нагрузки линии, проходящего через защиту II после отключения КЗ.
И этот ток в первые моменты времени после отключения КЗ имеет повышенное значение из–за пусковых токов электродвигателей, которые при КЗ тормозятся вследствие понижения (при КЗ) напряжения:
Рис. 4.2.7
Iвоз>kзIн.макс . (4.2)
Увеличение Iн.макс, вызванное самозапуском двигателей, оценивается коэффициентом запуска kз.
Учет самозапуска двигателей является обязательным.
При выполнении условия (4.2) выполняется и условие (4.1), так как Iвоз<Iс.з. Поэтому для отстройки защиты от нагрузки за исходное принимается условие (4.2):
Iвоз=kнkзIн.макс, (4.3)
где kн – коэффициент надежности, учитывающий возможную погрешность в величине тока возврата реле, kн=1,1…1,2.
Ток срабатывания защиты зависит от коэффициента возврата, для снижения Iс.з необходимо увеличивать kвоз, он должен быть на уровне от 0,85 и выше.
Определение величины Iн.макс индивидуально для конкретного защищаемого объекта, ниже приведены два примера
1. Параллельные линии: Iн.макс=Iнагр.
Рис. 4.2.8
2. Линии, питающие потребителя: Iн.макс=I1+I2.
Рис. 4.2.9
Чувствительность защиты МТЗ
Ток срабатывания защиты Iс.з проверяется по условию чувствительности защиты.
Рис. 4.2.10
Значение kч для различных типов защит нормируется. В основной зоне kч как правило равен 1,5; в зоне резервирования допускается 1,2.
Выдержка времени защиты МТЗ
Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис. 4.2.1). Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью времени (ступенью селективности):
t=t2–t1. (4.7)
Ступень времени t должна быть такой, чтобы при КЗ на линии w2, МТЗ II (см. рис. 4.2.1) не успевала сработать.
Определение ступени селективности времени
При КЗ в точке К защита I работает в течение времени
tзI=tввI+tпI+tвI, (4.8)
где tввI – выдержка времени защиты I;
tпI – погрешность в сторону замедления реле времени защиты I;
tвI – время отключения выключателя Q1.
Условие несрабатывания защиты II при КЗ на линии w2
tввII>tввI+tпI+tвI. (4.9)
Выдержка времени защиты II может быть определена как
tввII=tввI+tпI+tвI+tпII+tзап, (4.10)
где tпII – погрешность в сторону снижения выдержки времени защиты II; tзап – время запаса.
Таким образом, минимальная ступень времени t может быть вычислена как
t=tввII – tввI=tпI+tвI+tпII+tзап. (4.11)
По формуле (4.11) определяется ступень времени для защит с независимой характеристикой времени срабатывания от тока.
Рекомендуется принимать t =0,35…0,6 с.
Выбор времени действия защит МТЗ
Для МТЗ с независимой выдержкой времени выдержка времени защит вычисляется по формуле (4.12), расчет начинается от МТЗ, установленных у потребителей электроэнергии (см. рис. 4.2.11):
tвв(n)= tвв(n–1)+ t. (4.12)
Рис. 4.2.11
t1=0; t2=0,5с; t3=1с; t4=1,5с; t5=2с.
