Что такое мтз?

Билеты 7-й сем. (максимальная токовая защита (МТЗ) ЛЭП с 1-сторонним питанием).

Рисунок 9.1 – МТЗ в радиальной сети

Максимальная токовая защита служит для защиты от долговременных перегрузок и коротких замыканий в сетях с односторонним питанием. Также, данный тип защиты используется в качестве резерва соседних участков электросети. Зона действия защиты охватывает свой участок цепи и соседний полностью. Защита отстраивается от тока в рабочих режимах. Селективность обеспечивается за счет выдержки времени (чем ближе защита к источнику питания, тем больше выдержка). Каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от неё подстанции.

При КЗ в какой-либо точке сети, например, в точке К1 (рис. 9.1 (а)), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего пускаются все защиты (1, 2, 3, 4). Однако, по условию селективности, сработать на отключение должна только защита 4, установленная на повреждённой линии. Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания, как это показано на рис. 9.1 (б). При соблюдении этого принципа, в случае КЗ в точке К1, раньше других сработает защита 4 и произведёт отключение повреждённой линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение.

Соответственно, при КЗ в точке К2, быстрее всех сработает защита 3, а защиты 1 и 2, имеющие бОльшее время срабатывания, не подействуют. Рассмотренный принцип подбора выдержек времени называется ступенчатым.

При выборе тока срабатывания должны выполняться два условия:

1. Ток срабатывания всегда должен быть больше максимального рабочего тока, чтобы защита не действовала при нормальной работе системы:

2. Ток возврата защиты должен быть больше тока самозапуска двигателя в послеаварийном режиме работы системы, чтобы защита возвращалась в исходное положение после селективного отключения поврежденного элемента:

Вывод формулы тока срабатывания МТЗ.

Коэффициент возврата:

Выразим ток срабатывания:

Известно, что , тогда

Также известно, что , тогда

где

– коэффициент отстройки (для разных типов реле 1,1 – 1,5);

– коэффициент самозапуска (3 – 6);

– коэффициент возврата (0,8 – 0,9).

Параметры срабатывания МТЗ:

Ток срабатывания защиты:

Время срабатывания защиты:

где

– время срабатывания защиты смежного элемента (нагрузки, линии).

Выдержки времени срабатывания МТЗ должны возрастать по мере приближения к источнику питания:

Рисунок 9.2 – Иллюстрация ступенчатого принципа подбора выдержек времени

Общая формула:

Тогда

где – время срабатывания собственной защиты нагрузки, – ступень селективности (0,4…0,6 с);

Достоинства МТЗ: простота, надёжность, небольшая стоимость.

Недостатки: большие выдержки времени, недостаточная чувствительность при КЗ в разветвлённых сетях.

Применение: сети 6-10 кВ, радиальные сети – основная защита (если нет более быстродействующей), сети 110 кВ и выше – резервная защита. Применяется на всех элементах (ЛЭП, Г, Т). Применяется в составе трехступенчатой токовой защиты в качестве третьей ступени защиты.

Далее, более подробно:

Током срабатывания защиты I_с.з обычно называется минимальный ток в фазах линии, при котором защита может срабатывать. Током срабатывания ИО тока I_с,р называется минимальный ток в ИО, при котором он срабатывает. При обычно применяемых органах тока, питаемых от вторичных обмоток ТА с коэффициентом трансформации К_1ном, эти токи различны вследствие того, что , и вследствие возможного неравенства I_Р и тока I₂ в ТА. Так, например, при включении на разность токов двух фаз в симметричном режиме . В общем случае отличие I_P от I₂ характеризуется коэффициентом схемы в т-м режиме . С учётом сказанного . Поэтому если не зависит от вида повреждения (например, орган с одной воздействующей величиной I_P), то может от вида повреждения зависеть.

Током возврата защиты I_в.з называется максимальный ток в фазах линии, при котором защита возвращается в исходное состояние, а током возврата ИО тока I_в.р - максимальный ток в ИО, при котором он возвращается в исходное состояние.

Коэффициент возврата ИО тока . Органы тока максимальные, и для них k_в<1.

В настоящее время органы тока иногда выполняются односистемными с переключением подводимых воздействующих величин токов фаз с помощью максиселекторов, операционных усилителей и т. д., обеспечивающих реагирование единственного органа тока на больший из токов, подводимых к нему от ТА. Для этого случая под I_с.з должен пониматься не минимальный, а максимальный из токов фаз, используемых для защиты, но в режиме, соответствующем минимальному уровню токов в защищаемой линии, при котором защита срабатывает. Ток I_с.р такого органа будет определяться этим I_с.з с учётом того, что k_cx = 1. Соответственно уточняется и определение для I_в.з.

Логическое уравнение, характеризующее работу защиты, . Током срабатывания защиты I_с.з обычно называется минимальный ток в фазах линии, при котором защита может срабатывать. Током срабатывания ИО тока I_с.р называется минимальный ток в ИО, при котором он срабатывает. При обычно применяемых органах тока, питаемых от вторичных обмоток ТА с коэффициентом трансформации К_1ном, эти токи различны вследствие того, что , и вследствие возможного неравенства I_Р и тока I₂ в ТА. Так, например, при включении на разность токов двух фаз в симметричном режиме . В общем случае отличие I_P от I₂ характеризуется коэффициентом схемы в т-м режиме . С учётом сказанного . Поэтому если не зависит от вида повреждения (например, орган с одной воздействующей величиной I_P), то может зависеть от вида повреждения.

Условие выбора уставок для МТЗ

МТЗ отстраивают от максимального тока нагрузки присоединения. МТЗ должна быть согласована с токовыми защитами предыдущих присоединений по току и по времени. Согласование по току заключается в том, что ток срабатывания должен быть больше тока срабатывания предыдущих присоединений с учётом тока нагрузки. Согласование по времени заключается в том, что время срабатывания должно быть больше времени срабатывания предыдущих присоединений.

Выдержки времени защит. Они выбираются по ступенчатому принципу, согласно которому должны быть больше максимальной выдержки времени предыдущих защит на ступень Δt при отсутствии УРОВ (устройства резервирования при отказе выключателя предыдущего элемента) или на Δt+t_уров при наличии последнего. Необходимо отметить, что УРОВ в распределительных сетях с максимальной токовой защитой обычно не применяется.

Выбор выдержек времени всегда должен начинаться с защит элементов сети, наиболее удаленных от источника питания, т. е. с защит 1’ и 1’’ на подстанции В (рис. 8.2). В общем случае эти защиты уже имеют выдержки времени t’ и t’’, обеспечивающие их селективность несрабатывания при КЗ в питаемых от подстанции В потребителях. Выдержка времени t’₂ последующей защиты (на подстанции Б) выбирается больше максимальной выдержки времени защит подстанции В. Если, например, , то . В общем случае для n-й защиты соответственно при отсутствии или наличии УРОВ на предыдущей подстанции:

.

Рис. 8.2. Согласование независимых характеристик выдержек времени последних ступеней токовых защит

Ток срабатывания. Он всегда должен быть больше максимального рабочего тока в защищаемой линии. Однако, как правило, I_с.з определяется более тяжёлыми условиями. Их может быть несколько. Для определения I_с.з, например, защиты 3 (рис. 8.2) рассматривается её поведение в двух, часто основных случаях: при КЗ на одном из элементов, питаемых от подстанции Б, и при КЗ на данном участке АБ, его отключении и последующем АПВ.

В первом случае своей защитой отключается поврежденный элемент подстанции Б. Защита 3, находящаяся под воздействием тока I’_k (рис. 8.3, а) и имеющая выдержку времени t₃>t₂, срабатывать не успевает и должна возвратиться в исходное состояние. Это, однако, произойдёт, только если её ток возврата I_в.з в рассматриваемом уже симметричном режиме будет больше расчётного тока запуска I’_з проходящего по участку АБ к оставшимся в работе элементам подстанции Б (см. рис. 8.2). Принимая с запасом I’_з.расч = I’_зmах (см. рис. 8.3, а), получаем условие возврата: I_в.з>I’_зmах.

При определении I’_зmах обычно предполагается, что отключенный элемент подстанции Б мог передавать относительно малую мощность, а электродвигатели других её элементов в результате снижения напряжения при КЗ сильно затормозились и ток в них при восстановлении напряжения (после отключения КЗ) временно увеличился (процесс самозапуска). Поэтому I’_зmах часто оказывается значительно большим I_{раб mах} в линии АБ. Вводя коэффициент запуска k’_з>1, учитывающий как токи запуска, так и отключение нагрузки повреждённого элемента подстанции Б, получаем I’_зmах = k’_зI_{раб mах}. Неточность расчёта и другие факторы учитываются коэффициентом отстройки, k’_отс>1. С учётом изложенного получаем . Отношение равно k_в. Поэтому:

Рис. 8.3. Токи в защите: а - при внешнем КЗ; б - при внутреннем КЗ и АПВ

Во втором случае после отключения поврежденного участка АБ ток в защите 3 исчезает (рис. 8.3, б) и она возвращается в исходное состояние. После успешного АПВ участка АБ в защите 3 появляется ток запуска , определяемый оставшимся включенными элементами подстанции Б. Выражая через линии АБ и коэффициент запуска , получаем выражение для отстройки от него:

Третьим условием для выбора уставки по току является согласование по чувствительности (по токам срабатывания). По нему каждая последующая защита должна иметь больший, чем у предыдущих. С учётом этого:

Коэффициент отстройки должен, в частности, учитывать, что полный ток I_кn в n-й защите будет больше тока I_к(n-1) в (n-1)-й защите за счёт ответвления его части в неповрежденные элементы промежуточной подстанции. При несоблюдении такого согласования и, например, КЗ на (n-2)-м элементе с отказом его выключателя может излишне срабатывать защита n-го, а не (n-1)-го элемента.

Ток срабатывания защиты выбирается большим из трёх приведённых выражений. При этом учитывается ряд соображений:

1) для первых защит в системе (защит непосредственно токоприемников) должно учитываться только второе условие, относимое и к случаю включения токоприемника в работу;

2) коэффициенты и могут быть много больше 1 (примерно до 2-5), причем > ;

3) для защит радиальных сетей с односторонним питанием (рис. 8.2) третье условие часто не является расчётным так как участки сети по мере приближения к источнику питания имеют всё большие I_{раб mах} (в других случаях, рассмотренных ниже, оно может быть определяющим)

Рассмотренные условия могут быть более тяжелыми, если на линиях, как часто бывает в распределительных сетях, имеются ответвления с нагрузками, а также если учитывать броски токов намагничивания понижающих трансформаторов. Могут быть и некоторые другие расчётные режимы, например, автоматическое подключение к шинам Б (рис. 8.2) других потребителей, лишившихся питания. Поэтому коэффициенты отстройки выбираются с учётом конкретных имеющихся условий.

Чувствительность. Она характеризуется коэффициентом чувствительности k_ч, определяемым при переходном сопротивлении в месте повреждения R_п = 0 по выражениям или . Для исполнений, при которых , оба выражения одинаково удобны; если , предпочтение отдаётся второму выражению с учётом того, что в этом случае зависит от конкретного значения .

Для сравнительной оценки чувствительности данной схемы включения органов тока при различных видах КЗ иногда используется относительный коэффициент чувствительности. Он определяется при искусственном предположении равенства первичных токов при всех учитываемых видах К:З. При таком их виде он определяется по выражению:

где - токи в органе тока соответственно при данном виде КЗ и при К^(З) в предположении одинаковых значений первичных I_к, а и - соответствующие им коэффициенты схемы. Когда . Считается необходимым иметь при повреждении в конце защищаемого участка и при повреждении в конце смежного элемента.

Особенности выполнения защиты с зависимыми характеристиками выдержки времени. Применительно к плавнозависимым характеристикам t=f(l) n-я защита участка АБ (рис. 8.4) должна иметь выдержку времени t_n по выражению: Ступень селективности по времени должна обеспечиваться на всём протяжении общей зоны действия защит.

Например, на ступень больше времени предыдущей (n-1)-й защиты при КЗ в расчётной точке – в начале следующего элемента за ТА его защиты при максимально возможном токе .

Рис. 8.4. Согласование плавнозависимых характеристик выдержек времени токовых защит

По найденному t_расч, соответствующему , однозначно по обычно имеющемуся семейству характеристик t=f(I_р) используемого органа тока выбирают характеристику n-й защиты и получают выдержки времени для других мест и значений токов КЗ. По мере приближения места К3 к источнику питания Iк увеличиваются, а время срабатывания защиты снижается. При больших кратностях токов внешних КЗ получение необходимого Δt может оказаться затруднительным. Это исключается при использовании органов с ограниченно-зависимыми характеристиками. Однако при этом начинает теряться указанное выше преимущество - снижение времени отключения КЗ, близких к месту включения защиты.

Согласование МТЗ по току и по времени зависит от вида времятоковых характеристик.

Рисунок 4 – Времятоковые характеристики

Пример решения задачи на согласование зависимых времятоковых характеристик выдержек времени токовых защит:

З адача №1

Условие задачи:

Защита 2: А; с.

Защита 1: А; ?.

Точка : А.

Ступень селективности: c.

Рисунок 5 – Время-токовые характеристики Верхняя и нижняя кривая (tу=4 и tу=0,5) были даны изначально.

Рисуем кривую для защиты 2, она соответствует значению  c, так как [эта кривая будет находиться где-то посередине между двух первоначально-данных кривых, мы её рисуем примерно].

– кратность тока КЗ в точке (600 А) к току срабатывания защиты 2 (180 А).

Находим на кривой [где c] точку со значением .

У этой точки с.

Выходит, что при таком значении тока КЗ (600 А) время срабатывания защиты 2:

с.

Для соблюдения селективности, необходимо, чтобы время срабатывания защиты 1 было больше на ступень селективности ( c):

с.

При значении тока КЗ 600 А (в точке К1) время срабатывания защиты 1 составляет с.

Так как кратность тока КЗ в точке К1 к току срабатывания защиты 1, , проводим кривую через точку (2;3,8) (проводим пропорционально остальным, чтобы соотношения между расстояниями от исходных кривых до нашей сохранялись по всей длине). Проведя до конца направо, получим

Характеристика стойкости оборудования обратнозависимая по отношению к току ( ). Защита должна быть согласована с характеристикой защищаемого оборудования (например, термической стойкости). Характеристика ограниченнозависимая, t_СЗ – время, за которое она срабатывает в независимой части характеристики (дальше справа, при больших кратностях).

Оценка и области применения защиты. Основным преимуществом защиты является её простота, особенно при использовании реле тока с ограниченно-зависимыми характеристиками, работающими на оперативном переменном токе. Она широко применяется в распределительных сетях с кВ и для защиты токоприемников (например, двигателей). Для последних она выполняется без выдержки времени. В сетях она дополняется токовой отсечкой, часто встраиваемой в реле тока с выдержкой времени для ускорения отключения наиболее тяжёлых для системы КЗ, возникающих вблизи места включения защиты. Максимальные токовые защиты являются также, как указывалось выше, последними (III) ступенями защит со ступенчатыми характеристиками выдержки времени. С таким назначением они иногда используются совместно с токовыми направленными защитами и в сетях более сложной конфигурации, иногда даже с несколькими источниками питания. Однако часто полной селективности при внешних КЗ они обеспечивать уже не могут.

Возможные причины снижения эффективности защиты.

Снижение эффективности максимальной токовой защиты может быть вызвано различными причинами. Вот несколько возможных факторов:

1. Неисправности в токовых датчиках:

Деградация датчиков: Износ или деградация токовых датчиков, которые используются для измерения тока в системе, может привести к неправильным данным и, следовательно, к снижению эффективности защиты.

2. Проблемы с кабелями и соединениями:

Обрыв проводов: Проблемы с электрическими соединениями или обрыв проводов между токовыми датчиками и защитным устройством могут вызвать потерю сигнала и, как следствие, снижение эффективности защиты.

3. Неправильная настройка:

Неправильная установка пороговых значений: Неправильная настройка максимальных пороговых значений тока может привести к тому, что защита будет реагировать некорректно или с задержкой, что ухудшит её эффективность.

4. Неисправности в защитном устройстве:

Дефект в защитном реле или устройстве: Физические повреждения, электрические сбои или другие неисправности в самом защитном устройстве могут привести к его ненадежной работе.

5. Электромагнитные помехи:

Воздействие электромагнитных полей: Электромагнитные помехи от другого оборудования или внешних источников могут повлиять на правильное функционирование токовой защиты.

6. Отказ в питании:

Проблемы с электропитанием: Отказ в электропитании защитного устройства или неправильное его питание может привести к недоступности защиты.

7. Внешние воздействия:

Механические повреждения или воздействие окружающей среды: Физические повреждения защитного оборудования, вызванные внешними воздействиями, такими как удары, влага, пыль и т.д., могут снизить его эффективность.

Для обеспечения надежной работы токовой защиты важно регулярно проводить техническое обслуживание, тестирование и проверку всех компонентов системы.

9. Максимальная токовая защита. Неаварийные переходные процессы и их влияние на функционирование защиты: включение различных типов нагрузок и элементов сети, качания, учёт погрешности измерительных ТТ. Методы обеспечения правильного функционирования и повышения эффективности защиты в этих случаях. [Л2 5.1-5.8; Л5 1.1,1.2,3.1,3.2]

Билеты 7-й и 8-й сем + Internet.

Бросок тока намагничивания (БТН) – один из тех неаварийных режимов, которые прямым образом влияют на функционирование защит.