13. Ступенчатые токовые защиты.

К таким защитам относят:

1.МТО- максимальная токовая защита использующаяся в близи источника питания без выдержек времени.

2. Токовая отсечка с выдержкой времени- используется для отключения к.з. в пределах мертвой зоны первой ступени защиты.

3.МТЗ- максимальная токовая защита использующаяся для резервирования защищаемой линии и смежных участков

1.3-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.

2- Токовая защита со ступенчатой выдержкой времени срабатывания может выполняться 2-х или 3-х ступенчатой. В 2-х ступенчатой защите в качестве первой ступени используется ТО, а в качестве второй – МТЗ. В 3-х ступенчатой защите первая ступень представляет собой мгновенную ТО, вторая ступень – ТО с выдержкой времени, а третья – МТЗ.

Первая ступень защиты обеспечивает отключение к.з., сопровождающихся большими токами к.з. в начале линии. Вторая ступень предназначена для отключения поврежденной линии при возникновении к.з. вне зоны первой ступени, а третья ступень выполняет функции дальнего резервирования.

На рисунке 3.11 изображена радиальная сеть с односторонним питание защиты которой осуществляются 3-х ступенчатыми токовыми защитами (участки А-Б и Б-В).

Рисунок 3.11 – Выбор тока и времени срабатывания 3-х ступенчатых токовых защит.

14. Мтз (назначение, принцип действия, чувствительность, селективность).

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 (рисунок 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.

Рисунок 3.6 – Время срабатывания МТЗ с независимыми а) и с зависимыми характеристиками выдержек времени б) 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 (t) больше наибольшей выдержки времени предыдущей защиты (рисунок 3.6, а):

t_с.з.2 = t_с.з.1 + t;

t_с.з.3 = t_с.з.2 + t.

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

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

МТЗ в зависимости от типа используемых реле может иметь независимую от величины тока (следовательно, независимую от места к.з.) характеристику выдержки времени (рисунок 3.6, а) или зависимую от тока характеристику выдержки времени (рисунок 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 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};

где I_с.з. – ток срабатывания защиты; I_{раб.макс} – максимальный рабочий ток нагрузки.

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

где – коэффициент возврата токовых реле.

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

;

где К_с.зап. – коэффициент самозапуска, равный отношению пускового тока двигателя I_пуск к его номинальному значению I_ном.д..Обычно значение К_с.зап. находится в пределах от 1,2 до 4.

Для примера рассмотрим характер изменения тока в линии 3-2 при отключении к.з в точке К1 (см. рисунок 3.6). До момента возникновения к.з. ток в линии 3-2 (рисунок 3.7) равен рабочему току I_раб. В течение отрезка времени t₁-t₀ по линии проходит ток к.з. I_к. После срабатывания защиты и отключения повреждённой линии (в момент времени t₁) ток в линии 3-2 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..

Рисунок 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: ;где К_н – коэффициент надёжности, равный 1,2 ÷ 1,3 для электромагнитных реле; 1,15 ÷ 1,2 для полупроводниковых реле; 1,5 для индукционных реле.

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

;где n_ТТ – коэффициент трансформации трансформаторов тока;

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

;где I⁽²⁾к.з.мин – 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 должно быть не меньше 1,5:

Если МТЗ работает в качестве резервной защиты, то чувствительность проверяется по к.з. в конце резервируемой линии и требуется, чтобы К_ч  1,2. Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты при к.з. и улучшения отстройки её от токов нагрузки применяются схемы с пуском (с блокировкой) от реле минимального напряжения.